納米結(jié)構(gòu)中的磁斯格明子.pdf

1、具有非中心對稱立方結(jié)構(gòu)的螺旋磁體，如MnSi、FeGe，由于同時(shí)存在自旋、軌道、晶格多種自由度的關(guān)聯(lián)與耦合，表現(xiàn)出豐富的物性，是磁性材料領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與前沿之一。特別地，2009年在此類材料中發(fā)現(xiàn)一種拓?fù)浞€(wěn)定且具有粒子特性的磁結(jié)構(gòu)，磁斯格明子(Skyrmion)。斯格明子具有尺寸小、穩(wěn)定性高和易操控等眾多優(yōu)點(diǎn)，在構(gòu)建未來高密度、高速度、低能耗磁存儲器件方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，引起了人們的廣泛關(guān)注。螺旋磁體納米結(jié)構(gòu)的制備及其物性的研究是推

2、進(jìn)斯格明子實(shí)用化的關(guān)鍵。本文采用自上而下的微、納加工方法，開發(fā)出了一套可控的制備納米結(jié)構(gòu)透射樣品的加工工藝，詳細(xì)研究了受限體系下斯格明子的成核及演化規(guī)律，并探索了新型斯格明子材料。具體的研究內(nèi)容和取得的成果如下:
　　(1)發(fā)展了一套制備微、納結(jié)構(gòu)樣品的微納加工工藝，成功制備出了納米盤，納米條帶等透射樣品，這些納米結(jié)構(gòu)的成功制備為后續(xù)研究空間受限體系中的螺旋磁體的物性打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　(2)首次在實(shí)驗(yàn)上直接觀測到了強(qiáng)受

3、限體系內(nèi)斯格明子的演化行為。通過洛倫茲透射電子顯微鏡研究FeGe納米條帶中斯格明子在磁場下的動力學(xué)行為，發(fā)現(xiàn)納米條帶中存在單個(gè)斯格明子（斯格明子在塊材或薄膜中通常以晶格形式存在）;發(fā)現(xiàn)在寬溫區(qū)范圍內(nèi)，在寬度和斯格明子特征尺寸接近的納米條帶中存在斯格明子單鏈;揭示了一種通過邊緣調(diào)制的方式在受限幾何結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生斯格明子的機(jī)制。斯格明子單鏈的發(fā)現(xiàn)，增加了將其作為高密度信息載體的可行性;邊緣調(diào)制斯格明子鏈形成機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，結(jié)合溫度和厚度的控制規(guī)律，

4、有助于裁選出受限體系中理想的斯格明子特性。
　　(3)詳細(xì)研究了FeGe楔形納米條帶中斯格明子的成核及演化行為。通過透射電子顯微鏡的電子全息模式，發(fā)現(xiàn)幾何受限的斯格明子可以通過改變它的大小和橢偏率從而出現(xiàn)在寬度不同的納米條帶中;發(fā)現(xiàn)楔形條帶中的斯格明子可以由具有扭曲邊界磁化的螺旋態(tài)通過簡單且有效的方式轉(zhuǎn)化而來;運(yùn)用基于三維各向同性手性磁材料的一般模型對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明幾何受限的斯格明子具有高度可變的形貌，這有助于構(gòu)

5、建斯格明子基存儲器件。
　　(4)探索并發(fā)現(xiàn)了新型斯格明子材料β-Mn結(jié)構(gòu)FexCo1.5-xRh0.5Mo3N(x=0.3，0.5，1.0)。用洛倫茲透射電子顯微鏡研究x=1.0組分的磁結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)斯格明子存在的直接證據(jù);通過磁性測量確定了x=0.3和x=0.5組分塊材中斯格明子相在相圖里的存在區(qū)間。此外，表征了Fe1-xCoxGe(x=0，0.2，0.3，0.4)樣品的磁性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)隨著Co摻雜量的提高，斯格明子在相圖中占據(jù)的區(qū)間