納米結構中的磁斯格明子.pdf

1、具有非中心對稱立方結構的螺旋磁體，如MnSi、FeGe，由于同時存在自旋、軌道、晶格多種自由度的關聯(lián)與耦合，表現(xiàn)出豐富的物性，是磁性材料領域研究的熱點與前沿之一。特別地，2009年在此類材料中發(fā)現(xiàn)一種拓撲穩(wěn)定且具有粒子特性的磁結構，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，在構建未來高密度、高速度、低能耗磁存儲器件方面具有潛在的應用價值，引起了人們的廣泛關注。螺旋磁體納米結構的制備及其物性的研究是推

2、進斯格明子實用化的關鍵。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構透射樣品的加工工藝，詳細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。具體的研究內容和取得的成果如下:
　　(1)發(fā)展了一套制備微、納結構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，這些納米結構的成功制備為后續(xù)研究空間受限體系中的螺旋磁體的物性打下了堅實的基礎。
　　(2)首次在實驗上直接觀測到了強受

3、限體系內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行為，發(fā)現(xiàn)納米條帶中存在單個斯格明子（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，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制的方式在受限幾何結構中產生斯格明子的機制。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;邊緣調制斯格明子鏈形成機制的發(fā)現(xiàn)，結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化而來;運用基于三維各向同性手性磁材料的一般模型對實驗結果進行了驗證。研究結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

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結構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組分的磁結構，發(fā)現(xiàn)斯格明子存在的直接證據;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。發(fā)現(xiàn)隨著Co摻雜量的提高，斯格明子在相圖中占據的區(qū)間