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自旋电子学:X 射线显微镜揭示畴壁的本质

发布时间:2023-10-20 16:16:59    浏览次数:

上面两行显示了布洛赫型和奈尔型斯格明子的预期磁图像,分别使用了圆形、线性水平(LH)和线性垂直(LV)偏振 X 射线。下一行显示的是扫描透射 X 射线显微镜(STXM)的实验结果,它们与内尔型斯格明子的模拟结果一致。图片来源:F. Radu/HZB


BESSY II 的一项新研究以高空间分辨率实时分析了镝和钴铁磁性薄膜中斯格明子的形成。这是未来更精确地表征具有斯格明子的合适材料的重要一步。这项研究发表在《通信物理学》(Communications Physics)杂志上。


磁性斯格明子是磁性自旋纹理的微小漩涡,原则上可用于自旋电子设备,例如非常快速和节能的数据存储设备。但目前要在室温下控制和操纵磁旋还很困难。


孤立磁性斯格明子是拓扑学上受保护的自旋纹理,因其在信息技术中的潜在应用而成为当今研究的焦点。在铁磁性稀土-过渡金属(RE-TM)材料中出现的斯格明子十分有趣。它们通过反铁磁耦合亚晶格表现出可调铁磁特性。


通过选择稀土和过渡金属元素,他们提供了一个控制磁化和垂直磁各向异性的场所,而磁化和垂直磁各向异性是稳定拓扑铁磁纹理的关键参数。


一类铁磁合金具有更强的垂直磁各向异性,包括镝(Dy)和钴(Co)的化合物。这些材料能以更稳定的方式存储信息,但迄今为止对它们的磁性能和结构几乎没有进行过研究。现在,由 HZB 物理学家 Florin Radu 博士领导的研究小组在 BESSY II 使用 X 射线显微镜方法分析了 DyCo3 样品,并确定了其自旋结构。


他们使用扫描透射 X 射线显微镜,将 X 射线磁性圆二色性和 X 射线磁性线二色性作为特定元素的对比机制。这里利用的关键特征是 RE 材料的线性二色性比 TM 材料的线性二色性强得多。"Radu报告说:"这使我们能够直接观察到高密度的孤立铁磁斯格明子,并准确确定它们的畴壁类型。


结果表明,铁磁性斯格明子属于奈尔类型,可以与其他畴壁--布洛赫壁--明显区分开来。因此,现在可以通过 X 射线研究首次可靠地确定畴壁的类型。这是朝着将这一类有趣的材料应用于真正的自旋电子设备迈出的重要一步。


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