磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构

首先简要地介绍了磁性材料中磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构以及相互之间的关系. 一方面, 磁畴结构由材料的磁结构、内禀磁性和微结构因素决定; 另一方面, 磁畴结构决定了材料磁化和退磁化过程以及技术磁性. 拓扑学与材料物理、材料性能的联系越来越紧密. 最近的研究兴趣集中在一些拓扑磁性组态, 如涡旋、磁泡、麦纫、斯格米子等. 研究发现这些拓扑磁结构的拓扑性质与磁性能密切相关. 然后从尺寸效应、缺陷、晶界三个方面介绍国际学术界在磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构方面的进展. 最后介绍了在稀土永磁薄膜材料的微观结构、磁畴结构和磁性能关系、交换耦合纳米盘中的拓扑磁结构及其动力学行为方面的工作. 通过对文献的评述, 得到以下结论: 开展各向异性纳米复合稀土永磁材料的研究对更好地利用稀土资源具有重要的意义. 可以有目的地改变材料的微结构, 可控地进行磁性材料的磁畴工程, 最终获得优秀的磁性能. 拓扑学的概念正在应用于越来越多的学科领域, 在越来越多的材料中发现拓扑学的贡献. 研究磁畴结构、拓扑磁性基态或者激发态的形成规律以及动力学行为对理解量子拓扑相变以及其他与拓扑相关的物理效应是十分重要的. 也会帮助理解不同拓扑学态之间相互作用的物理机制及其与磁性能之间的关系, 同时拓展拓扑学在新型磁性材料中的应用.     

软x射线磁性圆二色吸收谱研究铁单晶薄膜的面内磁各向异性

利用软x射线磁性圆二色(XMCD)吸收谱测得Fe/MgO膜不同磁化方向的轨道磁矩和自旋磁矩.实 验表明，沿铁单晶薄膜的不同方向，铁原子轨道磁矩的改变量达到600%以上，而自旋磁矩的 变化约50%，但原子的总磁矩没有如此大的改变.结合常规方法分析了铁薄膜的宏观磁各向异 性性质，半定量地获得磁矩与宏观各向异性能的关系，并对样品的磁矩和磁各向异性能进行 了比较. 关键词： x射线磁性圆二色 磁各向异性 磁性薄膜     

自旋极化扫描隧道显微术

自旋极化扫描隧道显微术是一种新兴的表面自旋分辨技术，文章主要介绍了自旋极化的扫描隧道显微镜和扫描隧道谱实现表面自旋分辨的原理以及在各种磁性表面研究中的应用，采用自旋极化技术的扫描隧道显微镜可以测量表面磁结构，其空间分辨可以达到原子尺度，分辨率超过其他磁显微技术，而自旋极化扫描隧道谱不但可以分辨空间精细磁畴结构，而且能研究表面态的交换劈裂，文章作者还进一步提出了利用自旋极化扫描隧道显微镜实现自旋注入的设想。     

FePt薄膜中磁相互作用

采用磁控溅射方法在自然氧化的单晶Si(100)衬底上制备了纳米结构的Fe₅₃Pt₄₇薄膜，并研究热处理后薄膜中的磁相互作用、晶粒尺寸与热处理温度的关系.经400℃热处理后，FePt薄膜中有明显的面心四方相形成，薄膜表现出硬磁性，晶粒尺度在20 nm，薄膜内部存在软硬磁交换耦合作用；随着热处理温度升高，硬磁相含量增加.同时由于FePt薄膜的晶粒长大，部分软硬磁晶粒之间的交换耦合作用失效；600℃热处理后，FePt的面心立方相已经完全转变为面心四方相，薄膜矫顽力由硬磁相之间的静磁作用贡献. 关键词： 磁性薄膜 纳米晶 磁性能 热处理     

超薄Fe层在反铁磁NiO(001)面上沉积的研究

通过分子束外延(MBE)和脉冲激光沉积(PLD)方法，将1—10个Fe原子层(ML)以楔形方式沉积到反铁磁单晶NiO(001)基片上.表面磁光克尔效应的原位测试结果表明：通过MBE沉积的Fe原子层在Fe/NiO界面处产生了约2ML的磁死层；而通过PLD沉积的Fe原子层在Fe/NiO界面处产生了约3ML的磁死层.X射线光电子能谱对Fe/NiO界面进行研究的结果表明，在Fe原子与单晶NiO间发生了界面化学反应. 关键词： 磁性薄膜 表面磁性 X射线光电子能谱     

在Pd/Cu(100)表面上外延的超薄Co膜的结构和磁性

利用脉冲激光溅射(PLD)和分子束外延(MBE)方法制备了超薄膜系统 Co/Pd/Cu(100).脉冲激 光溅射生长的单原子Pd层呈现了很好的二维生长模式.在这个Pd表面上，分子束外延生长的C o层直至12个原子层都表现了层-层生长模式.利用俄歇电子谱(AES)和低能电子衍射(LEED)研 究了该系统的表面结构.利用低温磁光克效应(MOKE)研究了系统的磁学性质.结构研究表明， Co层由于面内晶格失配应力而具有一个四方正交结构；与对比样品Co/Cu(100)的比较研究说 明Pd层的存在强烈地改善了Co膜的起始生长模式和结构.磁光克效应测量表明，Pd层的存在 改变了Co层的磁学性质. 关键词： 薄膜的磁性质 组织与形貌 界面磁性     

铁磁金属薄膜磁性的电场调制

文章主要介绍了Science上发表的Weisheit M 等人利用外加电场调制铁磁金属薄膜磁性的实验工作,该工作所用的实验方法简单、有效,为人们改变金属磁性开辟了一条崭新的道路,有序合金FePt和FePd具有垂直的磁晶各向异性,将它们置人碳酸丙烯脂的电解液中,利用铁磁薄膜和液体接触面形成的双电层电容结构,可以在样品表面产生很大的电场,从而可以调控金属薄膜费米面附近未成对的d电子的态密度.由于费米面附近电子填充数的变化,铁磁薄膜的磁晶各向异性也会受到调制,实验结果表明,-0.6mV的电压变化会导致厚度为2nm的FePt和FePd合金的矫顽力分别减少4.5%和增加1%,这是第一次观测到电场调控金属薄膜磁性的实验工作.     

几种元素的界面插层对Ta/NiFe/Ta的各向异性磁电阻效应的影响

文章中,通过磁控溅射制备了界面处插入4d,5d元素薄层(包括Ru,Pd,Ag和Au)的Ta/NiFe/Ta多层膜,并对它们的磁输运和磁性以及微结构进行了测试和表征.结果显示,Pd和Pt一样界面效应显著,能有效地提高NiFe薄膜退火前后的AMR比值,并抑制磁性死层.表面能比较小、熔点相对低的插层材料Ag,Au在退火过程中容易通过晶界扩散,强烈破坏其AMR性能.对于熔点高、表面能比较大的插层材料如Ru,磁性死层同样得到了抑制,NiFe薄膜的温度稳定性也可以得到提高.结果表明界面插层从界面电子自旋-轨道散射、界面死层和界面原子扩散等方面深刻影响NiFe薄膜的AMR. 关键词： 各向异性磁电阻 界面效应 原子扩散     

利用FePt/Au多层膜结构制备垂直磁记录L10-FePt薄膜

利用磁控溅射方法在100℃的MgO单晶基片上制备了[FePt/Au]10多层膜,并研究了采用FePt/Au多层膜结构对FePt薄膜的有序化温度、矫顽力(HC)、垂直磁各向异性、晶粒尺寸以及颗粒间磁交换耦合作用的影响.磁性测试结果表明:FePt/Au多层膜在退火后具有较高的HC、良好的垂直磁各向异性、较小的晶粒尺寸且无磁交换耦合作用.截面高分辨电镜分析表明:Au可以缓解MgO和FePt之间较大的晶格错配,从而促进薄膜的垂直磁各向异性;同时,采用FePt/Au多层膜结构增加了FePt/Au界面能、应力能以及Au原子在薄膜中的扩散作用,促进了薄膜的有序化,从而有效降低了有序化温度,并且大幅度提高其HC.此外,Au原子部分扩散到FePt相的边界处,起到抑制FePt晶粒生长、隔离FePt颗粒的作用,从而显著降低了FePt晶粒的尺寸和颗粒间磁交换耦合作用.     

稀土永磁薄膜材料

简要地介绍在纳米复合稀土永磁薄膜材料、各向异性稀土永磁薄膜材料方面的进展。在纳米复合稀土永磁薄膜材料中实现磁性交换耦合和剩磁增强效应，系统地研究了其结构与磁性的关系。制备成功高磁能积的各向异性稀土永磁薄膜材料，比较了Ti或Mo缓冲层对Nd-Fe-B薄膜的表面形貌、磁畴结构和磁性能的影响。发现薄膜的表面形貌强烈地依赖于缓冲层的厚度。由于它极大地影响薄膜的成分，溅射速率被证明是控制薄膜的显微结构、表面形貌和磁性能的一个重要因素。在微磁学模型的基础上，通过分析从5到300K的矫顽力温度依赖关系。研究了各向异性Pr-Fe-B薄膜的矫顽力机制。在晶粒表面，由于磁各向异性的降低和局域退磁场的提高导致的反转畴的形核被确定为控制各向异性Pr-Fe—B薄膜的磁化反转过程的首要机制。     

铁氧化物中电子隧道现象的扫描隧道显微术研究

报道了利用扫描隧道显微术(STM)对金属表面氧化物层进行电子隧道谱研究的结果。在对两类铁晶体表面氧化层进行的隧道谱和势垒高度测量结果进行分析后表明,常温条件下形成的氧化层(Ⅰ类)应主要是Fe₃O₄;而在高温氧化条件下形成的表面层(Ⅱ类)的主要成分则应是Fe₂O₃。从而表明(STM)可用于研究铁表面氧化过程的不同阶段,并且由Ⅰ类氧化层的低势垒特性说明STM还可以用于观测此类氧化层的内部结构。类似研究方法还可应用到对一系列 关键词：     

金属间化合物DyMn_2Ge_2的自发磁相变和场诱导的磁相变

在 10— 80 0K的温度范围内用X射线衍射方法测量了DyMn2 Ge2 化合物的晶格常数与温度的变化关系 ,观察到高温时DyMn2 Ge2 由顺磁状态到反铁磁状态的自发磁相变伴随着晶格常数a的负的磁弹性异常现象 .在4 2K— 2 0 0K的温度范围内测量了DyMn2 Ge2 的交流磁化率 .在交换相互作用的分子场模型近似下 ,从理论上分析讨论了DyMn2 Ge2 的低温自发磁相变和场诱导的磁相变 .计算了DyMn2 Ge2 单晶的磁化强度与温度的变化关系以及不同温度下外磁场沿晶轴c方向时的磁化曲线 .理论分析和计算结果表明 ,温度低于 33K时在DyMn2 Ge2 中观察到的场诱导的一级磁相变为由亚铁磁状态 (Fi)到中间态 (IS)相变 .     

量子力学可视化的计算机辅助表述——电子云、壳层结构以及共价键的三维重构

文章简要说明如何应用计算机三维重构技术 ,以MATLAB为开发工具研制成一个量子力学可视化的教学软件包中的一个重要组成部分———氢原子和多电子系统电子云、壳层结构和分子共价键的三维重构 .软件中所有形象表述都以量子力学的严格理论计算为基础 ,并且注意到量子力学不同寻常的基本概念的贯彻 .它们涉及到了单电子和多电子系统波函数的计算及其近似处理、密度矩阵的概念、斯莱特 (Slater)行列式等比较深入的数学物理问题     

Fabrication of atomic wires based on self-organization

One-dimensional chain-like structures consisting of rows of single chromium adatoms have been obtained by annealing a submonolayer chromium film deposited under ultra-high vacuum (UHV) conditions onto a Cr(100) single crystal substrate. The self-organization of the Cr atoms under the influence of the substrate surface potential leads to two kinds of atomic rows orientated in orthogonal directions, thereby reflecting the symmetry of the Cr(100) surface potential. The formation of these atomic-scale wires has been monitored in-situ by means of a UHV scanning tunneling microscope (STM).     

胶体晶体结晶过程与人造三维周期性集团点阵材料

胶体晶体结晶的物理过程和以胶体晶体为基的三维周期性集团点阵材料的制备是目前实验凝聚态物理的一个热点领域,文章对胶体粒在悬浮液中自组织有序化的物理机制、结构相变与形态的形成和以胶体晶体为基的人造三维周期性点材料作了介绍,无论是从实验上还是理论上看,对胶体体系中发生的自组织有序化的物理机制还有没有给出令人信服的证据和解释。而胶体晶体的制备为具有新异功能的三维周期性集团国材料设计开辟了一条新途径,因而在     

利用飞秒激光等离子体产生的超热电子进行衍射实验的可行性研究

利用高强度超短脉冲激光与铝靶相互作用可以产生高能超热电子,这些超热电子入射到铝单晶上时将发生衍射.对高强度超短脉冲激光产生的超热电子与晶体的相互作用产生衍射及利用这样的衍射进行晶体结构分析的可行性进行了探讨 关键词： 等离子体 超热电子 衍射 晶体     

二维纳米点阵列的Monte-Carlo模拟

介绍了一种利用标准单电子隧穿理论与Monte-Carlo 方法模拟二维量子点阵列的程序.数值计算结果表明,二维量子点阵在低温下有库仑充电行为,其量子功能作用使它显示出可喜的研究价值和应用前景. 关键词： Monte-Carlo 模拟 单电子 量子点阵     

Electronic states on the surface of graphite

Graphite consists of graphene layers in an AB (Bernal) stacking arrangement. The introduction of defects can reduce the coupling between the top graphene layers and the bulk crystal producing new electronic states that reflect the degree of coupling. We employ low temperature high magnetic field scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) to access these states and study their evolution with the degree of coupling. STS in magnetic field directly probes the dimensionality of electronic states. Thus two-dimensional states produce a discrete series of Landau levels while three-dimensional states form Landau bands providing a clear distinction between completely decoupled top layers and ones that are coupled to the substrate. We show that the completely decoupled layers are characterized by a single sequence of Landau levels with square-root dependence on field and level index indicative of massless Dirac fermions. In contrast weakly coupled bilayers produce special sequences reflecting the degree of coupling, and multilayers produce sequences reflecting the coexistence of massless and massive Dirac fermions. In addition we show that the graphite surface is soft and that an STM tip can be quite invasive when brought too close to the surface and that there is a characteristic tip-sample distance beyond which the effect of sample-tip interaction is negligible.     

Scanning tunneling microscopy with spin-polarized electrons

We present a short outline of the first STM experiments with spin-polarized electrons performed in ultrahigh vacuum by using ferromagnetic CrO₂ tips and a Cr(001) single crystal surface. A clear distinction can be made between topographic STM line scans obtained with a non-magnetic tungsten tip and those obtained with a ferromagnetic CrO₂ tip, which are modified due to an additional contribution from spin-dependent vacuum tunneling. STM therefore has the potential to measure the local electron spin polarization of the free surface as well as the spatial distribution of spins on the atomic scale.