DPC-STEM：看清磁泡中的复杂磁结构学术资讯

来源：知社学术圈

磁泡是一类“古老”的柱状磁畴结构，但在近年来，研究者发现有一类磁泡具有与斯格明子（一种新型拓扑磁结构）相同的非平庸拓扑性，有望为构建自旋电子学器件提供新思路，因而重新对磁泡产生了兴趣。利用洛仑兹透射电镜，研究者发现在磁泡材料纳米结构中存在多种复杂的磁涡旋结构，如多环状结构、弧形磁涡旋结构等（图1a），这为器件数据载体提供了更多的选择。但是，这些复杂磁结构不能用传统磁泡理论来解释，这无疑限制了对其的进一步研究。图1 (a) 洛仑兹透射电镜TIE分析技术观测到的多环状和弧形磁涡旋结构; (b)DPC方法得到的相关复杂磁结构的真实特征。最近，中国科学院强磁场科学中心磁性功能材料与器件研究团队在《国家科学评论》(National Science Review，NSR)发表研究论文，用透射电镜差分相位分析（DPC）方法更精确地表征了Kagome金属磁泡材料Fe3Sn2中的复杂磁结构，并结合计算机模拟阐明，这些复杂磁结构的物理本质源于其三维特性。研究者发现，传统洛仑兹电镜技术运用的TIE分析技术可能带来显著偏离。与之相比，DPC方法能够直接探测局域磁场，更精确地表征真实磁结构。利用DPC方法，研究者获得了这些复杂磁结构更真实的特征。从图1b中可以看出，两种方法的表征结果存在显著差异。进一步，研究者利用计算机方法，模拟了磁泡的三维磁结构及其厚度方向积分的面内磁化分布（图2），发现三维厚度调制的类型I和类型II磁泡的面内磁化分布积分与DPC表征结果高度一致。也就是说，DPC方法的实验表征结果与现有理论相符。图2 微磁学模拟获得铁磁性Kagome金属Fe3Sn2中三维磁泡(上图)及其对应的面内积分磁化强度分布(下图)。值得说明的是，以往透射电镜观测的磁结构多被看作二维磁畴，而该研究成果表明，要充分理解相关的复杂磁结构，需要考虑三维磁结构。近年来，纳米结构中的三维磁畴越来越受到科学家们的重视，但三维磁结构的直接实验观测依旧充满挑战，该研究成果也从二维积分磁化的角度提供了三维磁畴实际存在的重要证据。