2024 Park AFM獎(jiǎng)學(xué)金獎(jiǎng)名單公布
2024 Park AFM獎(jiǎng)學(xué)金獲得者
2024年度Park AFM獎(jiǎng)學(xué)金第四位獲獎(jiǎng)人是中國(guó)人民大學(xué)物理學(xué)院低維量子材料與掃描探針顯微學(xué)課題組的在讀博士研究生米爍博士,其導(dǎo)師是程志海教授。目前的主要研究方向?yàn)槎S材料的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)的原子力顯微鏡研究。在校期間,參與中國(guó)人民大學(xué)“求是學(xué)術(shù)-棟梁”項(xiàng)目,以第一作者在Nano Letters,Nanoscale等期刊發(fā)表論文3篇。
米爍博士的最新研究成果“Real-space topology-engineering of skyrmionic spin textures in a van der Waals ferromagnet Fe3GaTe2” (DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c04031)發(fā)表在《Nano Letters》期刊上。
在這項(xiàng)研究中,米博士利用Park AFM NX10的MFM技術(shù),在Fe3GaTe2材料中成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)skyrmions操縱,并取得了較高的操控精度。通過調(diào)控MFM探針尖端的雜散場(chǎng),成功實(shí)現(xiàn)了skyrmion的可控形成與擦除的過程,并首創(chuàng)構(gòu)建了具有相反拓?fù)潆姾桑⊿ = ±1)的skyrmion共存態(tài),即拓?fù)鋝kyrmion結(jié)(TSJ)。這一技術(shù)有望為基于skyrmion的存儲(chǔ)設(shè)備引入全新的二進(jìn)制位表示方法,為自旋電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。
獲獎(jiǎng)?wù)卟稍L
1.Park: 請(qǐng)總結(jié)一下您的研究,并解釋它為什么很重要?
米博士:拓?fù)浯判越Y(jié)構(gòu)作為未來自旋電子器件的有前景候選者,展現(xiàn)出獨(dú)特的性能,有望顛覆信息存儲(chǔ)與處理領(lǐng)域。其中,磁性skyrmions因其優(yōu)越的穩(wěn)定性、小尺寸以及對(duì)外部操控具有可調(diào)響應(yīng)而被廣泛應(yīng)用于不同的自旋電子器件,包括軌道存儲(chǔ)器、邏輯門和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算等領(lǐng)域。盡管已有多種宏觀方法(例如施加外部刺激,包括應(yīng)變、電場(chǎng)、熱效應(yīng)及激光脈沖等)被用于調(diào)節(jié)skyrmions的性質(zhì),但使用微觀方法對(duì)不同拓?fù)浜呻姾傻耐負(fù)涔伦舆M(jìn)行操控仍未得到充分探索。如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)局域拓?fù)潆姾傻恼{(diào)控,就可以構(gòu)建出特殊的skyrmions異質(zhì)結(jié)構(gòu),從而推動(dòng)自旋電子學(xué)的發(fā)展。
Fe3GaTe2作為一種2D vdW室溫鐵磁體,為研究和工程化具有磁性斯格明子的拓?fù)浼y理提供了一個(gè)有前景的平臺(tái)。本工作通過MFM技術(shù),成功實(shí)現(xiàn)了斯格明子晶格的繪制、擦除和定制。此外,通過構(gòu)建TSJs,展示了其在提高電子傳輸效率和降低器件電阻方面的潛力。這些結(jié)果不僅為Fe3GaTe2作為存儲(chǔ)器件的應(yīng)用提供了潛力,而且為基于斯格明子的自旋電子器件的發(fā)展提供了新的見解。
2. Park: 請(qǐng)敘述下您的研究將會(huì)如何被使用?
米博士:本研究首次通過MFM技術(shù)成功構(gòu)建了具有相反拓?fù)潆姾桑⊿ = ±1)的skyrmion共存態(tài),這一發(fā)現(xiàn)為未來開發(fā)具備二進(jìn)制存儲(chǔ)和高效傳輸功能的存儲(chǔ)器件提供了新的設(shè)計(jì)思路。研究者可以基于這一技術(shù),進(jìn)一步推動(dòng)新型存儲(chǔ)器件的開發(fā),特別是那些利用拓?fù)浯判越Y(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)技術(shù)。
3. Park: 請(qǐng)問Park AFM的哪些特性對(duì)您的研究最有幫助?
米博士:磁力顯微鏡(MFM)可以精確檢測(cè)樣品表面的磁疇分布,廣泛用于表征各種材料在納米尺度上的磁性特性。在測(cè)量中,可通過兩次掃描獲得磁性和形貌信息:第一次掃描使用非接觸模式來檢測(cè)樣品的表面形貌;第二次掃描讓磁性探針抬起一定的高度,并按樣品表面起伏軌跡,通過測(cè)量懸臂振蕩的振幅和相位來生成MFM圖像,在磁信號(hào)的獲取中消除了表面形貌的影響。在本工作中,在第一次掃形貌時(shí)通過調(diào)節(jié)setpoint值增加磁性針尖對(duì)樣品的影響,利用針尖的雜散場(chǎng)對(duì)樣品本身的磁性結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割,同時(shí)在第二次掃描中獲取切割后的信號(hào),由此實(shí)現(xiàn)迷宮疇到skyrmion狀態(tài)的變化。
4. Park: 為什么Park原子力顯微鏡對(duì)您的研究至關(guān)重要?
米博士:Park原子力顯微鏡在研究中非常關(guān)鍵,因?yàn)樗鼮槲覀兲峁┝烁呔鹊拇判员碚骷夹g(shù)。MFM技術(shù)能夠在納米尺度上無損地獲取樣品表面的磁性結(jié)構(gòu)圖像,為研究磁性skyrmions的形成、操控及相互作用提供了重要的實(shí)驗(yàn)工具。通過MFM技術(shù),我們能夠?qū)Σ煌負(fù)潆姾傻膕kyrmion進(jìn)行定制和操控,這對(duì)于探索自旋電子器件的發(fā)展具有重要意義。
論文研究成果介紹:
*** 以下中文介紹內(nèi)容來自中國(guó)人民大學(xué)大學(xué)物理學(xué)院網(wǎng)。
http://www.phys.ruc.edu.cn/info/1033/2150.htm
拓?fù)浯判越Y(jié)構(gòu)作為未來自旋電子器件的有前景候選者,展現(xiàn)出獨(dú)特的性能,有望顛覆信息存儲(chǔ)與處理領(lǐng)域。其中,磁性skyrmions因其優(yōu)越的穩(wěn)定性、小尺寸以及對(duì)外部操控具有可調(diào)響應(yīng)而被廣泛應(yīng)用于不同的自旋電子器件,包括軌道存儲(chǔ)器、邏輯門和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算等領(lǐng)域。盡管已有多種宏觀方法(例如施加外部刺激,包括應(yīng)變、電場(chǎng)、熱效應(yīng)及激光脈沖等)被用于調(diào)節(jié)skyrmions的性質(zhì),但使用微觀方法對(duì)不同拓?fù)浜蓴?shù)的拓?fù)涔伦舆M(jìn)行操控仍未得到充分探索。如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)局域拓?fù)潆姾傻恼{(diào)控,就可以構(gòu)建出特殊的skyrmions異質(zhì)結(jié)構(gòu),從而推動(dòng)自旋電子學(xué)的發(fā)展。
由于其獨(dú)特的物理特性,如巨隧道磁阻效應(yīng)和強(qiáng)自旋軌道耦合,使二維范德華鐵磁材料成為自旋電子學(xué)研究中備受青睞的理想平臺(tái)。近年來,包括Cr2Ge2Te6、CrI3、FenGeTe2(n = 3、4或5)和CrTe2在內(nèi)的多種材料已被證實(shí)能夠產(chǎn)生磁性skyrmion。Fe3GaTe2作為一種在室溫下表現(xiàn)出鐵磁性和拓?fù)浠魻栃?yīng)的材料,為室溫穩(wěn)定操控skyrmion提供了可能,也為實(shí)現(xiàn)基于skyrmion自旋結(jié)構(gòu)的拓?fù)涔こ烫峁┝死硐氲膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)。
文章利用MFM技術(shù),在Fe3GaTe2材料中成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)skyrmions的精細(xì)操縱,并取得了較高的操控精度。研究者通過精細(xì)調(diào)控MFM探針尖端的雜散場(chǎng),成功實(shí)現(xiàn)了skyrmion的可控形成與擦除的過程,并首創(chuàng)構(gòu)建了具有相反拓?fù)潆姾桑⊿ = ±1)的skyrmion共存態(tài),即拓?fù)鋝kyrmion結(jié)(TSJ)。這一技術(shù)有望為基于skyrmion的存儲(chǔ)設(shè)備引入全新的二進(jìn)制位表示方法,為自旋電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力。
進(jìn)一步的研究表明,特殊的TSJ結(jié)構(gòu)不僅提高了電子的傳輸效率,降低了器件電阻,而且還是作為二維異質(zhì)結(jié)的組成材料,能夠利用其周期性局域磁場(chǎng)和拓?fù)潆姾傻慕徯?yīng)來調(diào)控實(shí)現(xiàn)奇異超導(dǎo)量子態(tài)等。此外,TSJ隨著磁場(chǎng)的變化揭示了具有不同拓?fù)潆姾傻膕kyrmions晶格會(huì)表現(xiàn)出截然不同的拓?fù)涮匦浴?/p>