Метод атомно-колоночной микроскопии позволяет обнаружить скрытые магнитные структуры в антиферромагнетиках
Антиферромагнитные материалы с антипараллельными атомными спинами и нулевой суммарной намагниченностью являются быстрыми и устойчивыми к внешним магнитным помехам, что делает их идеальными для высокоскоростных спинтронных устройств высокой плотности. Однако их нулевая суммарная намагниченность затрудняет традиционную визуализацию, поскольку методы, основанные на нейтронах или синхротронном излучении, имеют ограниченное разрешение и не позволяют легко исследовать микроскопические области или границы раздела. Группа учёных разработала метод электронного магнитного кругового дихроизма (ЭМКД) с разрешением по атомному столбцу, позволяющий визуализировать антиферромагнитный порядок на атомном уровне. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Рис. Модель атомного спина SmFeO₃ (слева), распределение элементов с атомным разрешением (посередине) и магнитный сигнал с атомным разрешением (справа). Автор фото: Лю Ичжоу.
Работа проводилась под руководством Лаборатории сильных магнитных полей Хэфэйских институтов физических наук Китайской академии наук совместно с Аньхойским университетом, Исследовательским центром Юлиха в Германии и Уханьским технологическим университетом.
Физики разработали метод EMCD с использованием аберрационной коррекции в просвечивающей электронной микроскопии. Ключевой прорыв заключается в обнаружении сигналов хирального переворота с противоположных сторон магнитного атомного столбца с помощью спектроскопии потерь энергии электронов, что позволяет извлекать магнитную информацию из отдельных атомных столбцов. Оптимизация геометрии дифракции и схемы сбора сигнала дополнительно увеличила силу сигнала на порядок.
Метод был продемонстрирован на двух типичных антиферромагнетиках: DyFeO₃ G-типа и C-типа α- Fe₂O₃. На границе раздела DyScO₃ / SmFeO₃ был дополнительно выявлен "мертвый слой" толщиной всего в одну элементарную ячейку, показав значительное подавление магнитного порядка вблизи границы раздела. Эти результаты предоставляют важные экспериментальные доказательства для понимания межфазной магнитной связи и управления проектированием интерфейсов в спинтронных устройствах.
