三角反铁磁材料Mn_(3)Z(Z=Ga,Ge,Sn)的磁性和输运性质

反铁磁材料具有零磁矩或非常小的磁矩,不易受外磁场干扰。相对于铁磁材料,反铁磁材料具有更低的能量损耗和更高的响应频率等优点,因在自旋电子学领域的实际应用方面具有巨大潜力而备受关注。作为一种兼具Kagome晶格及三角反铁磁性的特殊自旋电子学材料,六角Mn_(3)Z(Z=Ga,Ge,Sn)合金展现出巨大的反常霍尔效应、拓扑霍尔效应、自旋霍尔效应以及反常能斯特(Nernst)效应等。这些物理效应涉及到当今凝聚态物理研究中最前沿的问题,对它们的研究不仅可以深化对凝聚态磁性物理的理解,而且也驱动了反铁磁自旋电子学的发展。首先介绍了Mn_(3)Z合金的晶格结构及特殊的磁结构,简要分析了理论计算得到的电子结构对材料输运性能的影响。结合实验报道的Mn_(3)Z的磁性及输运性质等对3种六角结构合金的优异性能及研究进展进行了概述,揭示了磁结构和电子结构对材料输运性质的物理机制,并对Mn_(3)Z系列合金拓扑相关的输运性质进行了展望。

六方相反铁磁材料Mn_(3)Ge的交换偏置效应

交换偏置效应对于微型磁存储器件中稳定的磁畴结构具有重要的作用,研究在室温下仍具有交换偏置效应的材料对于新一代自旋电子器件具有重要意义。采用助熔剂法成功合成Mn_(3)Ge晶体。利用X射线衍射仪(XRD)和能量色散X射线光谱仪(EDS)对材料进行了表征,并利用磁学性质测量系统(MPMS)进行了磁学性质测试。磁化曲线显示在5×10^(4) Oe(1A·m^(-1)=4π×10^(-3) Oe)磁场冷却下,温度为2K时Mn_(3)Ge的交换偏置场强度为6400Oe,温度为300K时Mn_(3)Ge的交换偏置场强度为360Oe,说明这种反铁磁材料在室温磁存储器件应用领域具有极大潜力。在5×10^(4) Oe磁场冷却下定温循环测量的磁滞回线有明显偏移,表明材料中存在锻炼效应,从而进一步验证交换偏置效应是一种本征行为。

捷克科学家在反铁磁材料领域的新发现或将改变数据存储的方式

据科技部网站2018年7月27日报道,由捷克科学院物理研究所负责协调的欧盟反铁磁性自旋电子学（ASPIN）研究项目,发现一种新型记忆材料,可将数据读写速度提升近千倍,或将改变数据存储方式.该研究团队在《Science Advances》,《Nature Nanotechnology》和《Nature Communications》的杂志上发表了一系列关于反铁磁自旋电子学的文章,获得国际广泛关注.

反铁磁材料中的空间磁孤子和非线性磁波的传播

给出了反铁磁材料(anti-ferromagnet)对圆偏报电磁波响应的非线性磁化率显式,由此导出了磁波满足的非线性波动方程。从理论上揭示了在反铁磁材料中传播的非线性线偏振磁波波束在其稳态和非稳态情况下都以空间孤子的形式存在,其空间宽度与自身的频率有关,当与频率有关的非线性磁化率为负值时,平面磁波才具有传播稳定性。

交换偏置增强反铁磁FeMn薄膜稳定性研究

采用磁控溅射方法制备了基片/Ta/NiFe(Ⅰ)/FeMn(Ⅰ)/NiFe(Ⅰ)/FeMn(Ⅰ)/Ta系列样品。实验发现,如果只是NiFe/FeMn交换偏置双层膜,在FeMn厚度大于3.5nm时才产生交换偏置。由于与NiFe之间的交换作用,即使2nm厚的FeMn(Ⅰ)也可以对NiFe(Ⅰ)产生交换偏置。结果表明,可以通过铁磁/反铁磁的交换耦合作用来增强反铁磁FeMn的稳定性。

超晶格-反铁磁界面上的非线性TM电磁表面波

研究了反铁磁和超晶格界面上非线性ＴＭ表面波的传播特性，发现超晶格体中液晶层晶轴取向θ为０或π／２时非线性ＴＭ表面波才能在所讨论的界面上存在，导出了非线性ＴＭ表面波的色散关系。

电介质/反铁磁/金属三明治结构的克尔效应

采用传输矩阵法计算了电介质/反铁磁/金属三明治结构的反射率和克尔旋转角.研究结果表明:在共振频率附近,三明治结构的克尔旋转角高达3.23 deg/μm,比单层反铁磁薄膜的克尔旋转角增大了12倍多,相应的电磁波反射率也在50%左右.三明治结构中不同的电介质对克尔效应也会产生影响.文中分别采用ZnF_2和SiO_2作为电介质层,研究结果表明ZnF_2作为电介质层的三明治结构,克尔效应更加显著.最后讨论了三明治结构的克尔旋转角随着入射电磁波频率和外场变化的规律.

非共线反铁磁Weyl半金属Mn_(3)Ge中电磁特性的质量依赖

近年来的一些实验和理论研究证实,Mn3X系列材料具有非共线反铁磁Weyl半金属的特征,有很大的应用潜力,其中以Mn3Sn和Mn_(3)Ge最为突出。使用助熔剂法制备得到了两块Mn_(3)Ge的晶体,对其电输运和磁特性进行了详细研究。结果表明,晶体的电磁特性与其质量有很强的依赖关系。过量的Mn占据Ge原子的位点会导致材料内部缺陷增多,在Mn与Ge的原子数分数之比为76.88∶23.12时,晶体的交换偏置场强度在温度T=2 K以及5×10^(4)Oe(1 A·m-1=4π×10^(-3)Oe)场冷却的条件下增强了47%,反常霍尔电导率在T=100 K时高场(±3×10^(4)Oe)的饱和值提升了1.7倍。并且对现象背后的物理机理进行了探讨。该研究表明,电输运和磁特性的质量依赖可以提供与以往电、磁等调节性能方式不同的手段,对开关和存储器件的开发具有一定的参考价值。

中德首次制备出人工反铁磁体

日前，中德科学家携手在氧化物自旋电子学领域取得重要突破，首次制备出基于全氧化物外延体系的人工反铁磁体，并观察到随外加磁场的分步磁化翻转模式。该成果被刊登在近期《科学》杂志上。人工反铁磁体不仅是多种新型自旋电子学器件（如磁随机存储器等）的重要组成部分，也是研究反铁磁材料基础问题的重要载体。

一维受限反铁磁光子晶体的性质

采用传输矩阵法计算了一维受限反铁磁光子晶体的带结构和透射比。研究结果表明:除来源于结构周期性的光子带隙外,体系还存在一种频率带隙,与反铁磁材料的共振性质以及受限尺寸有关。适当调节反铁磁各向异性轴的方向和受限尺寸,在反铁磁共振频率处可以出现比大块反铁磁材料的带隙宽约15倍的频率带隙。一定条件下,在大块反铁磁材料带隙的频率区间上,一些电磁波模式是可以在受限光子晶体中传播的。最后分析了几种典型的透射谱,与带结构吻合。

X-Y-Z模型——非各向同性反铁磁Heisenberg系统的自旋波解

给出了一个基于Holstein-primakoff变换的自旋波理论研究正方点阵X-Y-Z模型的基态和激发态性质的方案。通过引入宇称变换算子和正则变换,实现了Hamiltonian的对角化,在线性近似下发现存在两支色散关系不同的自旋波。同时,求得了展开至S^(-1)的修正项。

旋磁介质中电磁波的非线性传播特性

本文简要报告了旋磁介质中非线性磁波传播特性研究的最新进展，导出了反铁磁介质对圆偏振电磁波响应的非线性磁化率显式，提示了在反铁磁中传播的非一磁波波束在其稳态和非稳态情况下都以空间孤子的形式存在，其空间宽度与自身的频率有关，当与频率有关的非线性磁化率为负值时，磁波才具有传播稳定性，研究了红外电磁波经反铁磁膜层透射的多稳特性，功率多稳效应的阈值主要取决于波的频率、膜厚和入射区的介质特性。

IBM科学家用12个原子制成世界最小磁存储器

目前的磁盘驱动器需要动用上百万个原子来存储一个比特位。传统磁盘使用铁磁材料进行数据存储，一个比特位内所有原子的自旋方向相同，用同一磁化方向来表示“0”或“1”。然而，铁磁材料在尺寸方面遇到的最大障碍是，当缩小到原子级别时，相邻比特位之间会产生交互作用，一个比特位的磁化会影响到相邻比特位。为克服这一缺陷，IBM的科学家利用扫描隧道显微镜在原子层级对一组12个反铁磁材料原子进行操作，在低温下使其存储了一个比特位的信息，并保持了若干小时。

二维磁性材料非线性光学研究获重要进展

复旦大学物理系吴施伟课题组与华盛顿大学许晓栋课题组合作,在二维磁性材料双层三碘化铬中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应,成功揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。该成果近日发表在《自然》杂志上。二维磁性材料是近年来国际上备受关注的研究热点。然而由于该材料体系整体对外不表现出磁性,加之样品既薄又小,其实验研究一直是领域内的一大难题。

(Ni_(0.81)Fe_(0.19))_(1-x)Cr_x作为种子层对NiFe/FeMn交换偏置的影响

采用一种新的种子层材料 :(Ni0 81 Fe0 1 9) 1 -xCrx,通过改变种子层中Cr原子的含量 ,使得在其上生长的NiFe FeMn双层膜的织构和晶粒尺寸产生极大的差异 ,系统研究了NiFe FeMn双层膜中FeMn晶粒尺寸和织构对交换偏置的影响 .实验结果表明 ,在FeMn的γ相 (111)织构较好的前提下 ,交换偏置场的大小与织构的差异没有关系 ;FeMn的晶粒尺寸对交换偏置场有很大影响 ,较小的反铁磁层晶粒对交换偏置场有利 ,过大的反铁磁层晶粒不利于交换偏置场 .将 (Ni0 81 Fe0 1 9) 0 5Cr0 5与传统的种子层材料Ta进行了对比 ,发现前者具有很多优点 。

Ni_(81)Fe_(19)/Ni_(100-x)Mn_x双层膜的交换偏置对Ni_(100-x)Mn_x层Mn成分和厚度的依赖

通过调整Mn的成分 ,系统地研究了Ni81 Fe1 9 Ni1 0 0 -xMnx 双层膜的磁学性质 ,特别是交换偏置场 (Hex)的变化 .当Ni1 0 0 -xMnx 中Mn的原子百分比在 5 3 4 %到 6 0 0 %之间时 ,对于 15 0nm的Ni81 Fe1 9,得到了最大的交换偏置场17 5kA m ,同时由于Mn对Ni81 Fe1 9层的扩散所造成的磁矩的降低小于 2 0 % ;高角x射线衍射证明Ni1 0 0 -xMnx 的晶格常数随着Mn成分的改变而变化 ,Mn含量越多 ,其晶格常数越大 ;制备态Ni1 0 0 -xMnx 膜晶格常数与θ相NiMn膜晶格常数的接近程度与NiMn膜θ相形成的容易程度相对应 .也研究了交换偏置场随着Ni1 0 0 -xMnx 厚度的变化 ,第一次得到了当Ni1 0 0 -xMnx 中Mn的原子百分比为 70 6 %时 ,Ni81 Fe1 9(15 0nm) Ni1 0 0 -xMnx(9 0nm)双层膜在经过 2 4 0℃ ,5h退火后 ,可以有 8 0kA m的交换偏置场 ,此时铁磁层磁矩的大小几乎不变 .

巨磁电阻效应薄膜研究进展及其应用

由于巨磁电阻效应在基础研究上的重要意义及广泛的应用前景 ,在合金成分和膜 /粒结构方面进行新的探索 ,寻找既具有低饱和场 ,又具有高GMR效应的薄膜材料 ,已成为当前国际上磁性材料的研究热点之一。本文论述了巨磁电阻薄膜材料研究现状、发展前景及其在计算机硬盘读出磁头上的成功应用。

spin-Peierls系统低能量激发谱的理论研究

用玻色化技术和量子自洽方法研究了spin Peierls系统的低能量激发谱 ,计算了二聚化相的基态、单粒子激发态和双粒子束缚态的能量、阻挫对其低能量行为的影响及其各自的自旋 自旋关联函数 .结果表明 ,随着阻挫的增大 ,spin Peierls系统中的基态能会逐渐减小 ,单粒子激发态能隙和双粒子束缚态能隙却会增大 .双粒子束缚态和基态的关联函数具有类似的短程关联 ,而单粒子激发态的关联函数具有长程关联 .因此导出 ,单粒子激发态为自旋三重态 ,双粒子束缚态与基态类似为自旋单态 ,它存在于双粒子连续激发态的下边 .该结果与Ain等在实验上观察到的现象是一致的 ,说明存在束缚态是spin