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CSNS多功能中子反射谱仪助力若干原胞层内薄膜磁性的定量表征
文章来源:  |  发布时间:2020-12-24  |  【 】 【打印】 【关闭】  |  浏览:3035次

    近日,国际知名期刊《Advanced Materials》先后在线发表题为“Strong Ferromagnetism Achieved via Breathing Lattices in Atomically Thin Cobaltites”和“Strain-mediated high conductivity in ultrathin antiferromagnetic metallic nitrides”的两项中国散裂中子源(CSNS)多功能中子反射谱仪(MR)重要用户研究成果。

  在这两项研究中,中国科学院物理研究所特聘研究员郭尔佳课题组通过先进的脉冲激光沉积技术在单原胞层尺度控制强关联氧化物和氮化物超薄膜的生长,精准控制薄膜生长的层数、重复周期、原胞层截止面和堆叠方式,按照功能需求对氧化物异质结和超晶格进行人工设计和剪裁,实现“乐高式”的原子层排列,为材料研究和强关联电子体系物理机理探索奠定了基础。MR谱仪团队与用户研究团队通力合作,对仅为5原胞层的铁磁绝缘体LaCoO3超薄膜和Ta/Co/CrN复合多层膜分别进行了极化中子反射谱的测量,证实了超薄膜中面内磁矩的分布和大小,为理解低维材料的磁性物理起源和关联电子体系的多序参量耦合机理提供了直接实验证据,对下一代光泵浦和电流驱动的超薄自旋轨道转矩器件的研发具有重要意义。

  多功能中子反射谱仪于2018年9月对国内外用户开放,目前谱仪运转状况良好,最低反射率达到10-6量级,与国际同类谱仪相当,同时谱仪配备了高低温(4-750K)和磁场(稳态磁场1T,室温稳定磁场1.8T),可以满足各类低维量子材料结构和磁性测量的要求。

  全文链接:

  1)https://doi.org/10.1002/adma.202001324

  2)https://doi.org/10.1002/adma.202005920

  图1. [(LaCoO3)m/(SrCuO2)n]15(LmSn)超晶格的结构和极化中子反射谱表征。(a)结构表征含有单原胞层LaCoO3的L1S8超晶格高分辨透射电镜图。极化中子反射谱表征[(b)测试示意图、(c)菲涅尔系数归一化的反射谱、密度和磁性随厚度的分布]。(d)该成果被选为Advanced Materials当期的亮点文章(frontispiece)。

  图2. 超薄CrN单晶薄膜的结构和磁性表征。(a)CrN晶体结构示意图。(b)单原胞层CrN薄膜的高分辨透射电镜图。50原胞层CrN薄膜的(c)X射线衍射曲线和(d)倒易空间矢量图。(e)Ta/Co/CrN多层膜的极化中子反射谱。(f)Ta/Co/CrN多层膜的密度和磁性随薄膜厚度的分布图。

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