磁振子自旋電流可在磁有序絕緣體中傳輸且幾乎無(wú)熱量耗散，在未來(lái)自旋電子器件中潛力巨大。因多鐵性材料BiFeO?（BFO）鐵電序與反鐵磁序耦合，故磁振子的電場(chǎng)調控成為自旋電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然后，BFO的菱形鐵電相（R-BFO）的磁結構解析一直是領(lǐng)域研究難點(diǎn)。

理論推測，R-BFO存在自旋圓環(huán)狀結構，這是解釋其磁振子輸運弱各向異性的關(guān)鍵，但此前缺乏直接的微觀(guān)磁成像證據。傳統的表征手段如X射線(xiàn)磁線(xiàn)性二色性（XMLD）等技術(shù)只能提供宏觀(guān)信號，無(wú)法捕捉納米尺度的自旋圓環(huán)細節，導致“晶體對稱(chēng)性-磁結構-磁振子輸運"的邏輯鏈斷裂。掃描NV探針顯微鏡（SNVM）憑借納米級分辨率與電子級測磁靈敏度，直接解決了R-BFO磁結構表征難題，為研究結論提供了強有力實(shí)驗支撐。

團隊利用SNVM技術(shù)，清晰觀(guān)測到R-BFO內部存在周期≈70 nm的均勻自旋圓環(huán)狀結構，量化旋線(xiàn)周期的同時(shí)進(jìn)一步確定了磁結構是單疇。結合鐵電成像（PFM），確認自旋圓環(huán)的傳播矢量k與鐵電極化方向P垂直，直接驗證了“Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）導致自旋圓環(huán)形成"的理論推測。綜上，NV 成像技術(shù)彌補了傳統光譜表征在磁結構直接觀(guān)測上的不足，是證實(shí) R-BFO 自旋旋線(xiàn)結構、支撐 “晶體對稱(chēng)性-磁結構-磁振子輸運" 關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵實(shí)驗依據。

單疇 R-BFO 與 O-LBFO 的磁結構。a) LSMO（22 nm）/R-BFO（10 nm）樣品的 X 射線(xiàn)磁線(xiàn)性二色性（XMLD）光譜 b) LSMO（2 nm）/R-BFO（10 nm）樣品的氮空位（NV）成像圖。實(shí)驗中選用厚度僅為2 nm LSMO 層，以避免其雜散磁場(chǎng)對測量產(chǎn)生干擾 d)  LSMO（22 nm）/O-LBFO（10 nm）樣品的 XMLD 光譜 e) LSMO（22 nm）/O-BFO（10 nm）樣的 X 射線(xiàn)磁線(xiàn)性二色性-光電子發(fā)射顯微鏡（XMLD-PEEM）成像圖。

這項研究，不僅推動(dòng)了我們對BFO體系磁振子輸運的認知，更證明了掃描NV探針顯微鏡是前沿材料研究的新利器。未來(lái)，在多鐵性材料、反鐵磁器件等領(lǐng)域，SNVM將持續解鎖微觀(guān)磁學(xué)奧秘，為低功耗自旋電子器件研發(fā)保駕護航。

NV

誠邀體驗 納米級磁成像系統

掃描NV探針顯微鏡（SNVM）——全球領(lǐng)先的納米級磁場(chǎng)成像系統，溫度1.8~300 K，矢量磁場(chǎng)9/1/1 T，磁空間分辨率達10 nm，磁靈敏度2 μT/Hz^1/2。

室溫版SNVM

低溫版SNVM

關(guān)注我，了解更多行業(yè)資訊