納米樣品的磁各向異性測量和分析研究獲進展

近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心與中國科學院寧波材料技術與工程研究所合作，利用自制的高靈敏動態(tài)懸臂梁測磁系統(tǒng)，表征了單晶鈷鐵氧的單個納米顆粒的磁各向異性：發(fā)現(xiàn)其各向異性主要包含單軸各向異性和立方各向異性；并且根據(jù)這兩個磁各向異性參數(shù)對溫度的依賴關系，指出了它們可能的物理起源。相關研究結果以Inferring the magnetic anisotropy of a nano-sample through dynamic cantilever magnetometry measurements 為題發(fā)表在《應用物理快報》上。

動態(tài)懸臂梁測磁學技術具有很高的磁測量靈敏度，對樣品的形貌、導電性和光學性質均無任何限制，在材料科學、生命科學和量子調控研究中有重要的應用潛力。然而，該技術在實用化之前存在兩個問題：缺乏有效的納米顆粒樣品制備和實驗器件加工工藝；缺乏從實驗數(shù)據(jù)中定量獲取樣品磁參數(shù)的有效方法。

強磁場中心薛飛團隊于2019年提出并實現(xiàn)了一種針對納米盤和納米顆粒的有效的樣品制備和實驗器件加工工藝，解決了第一個問題。對于第二個問題，此前基于Stoner-Wohlfarth模型的分析方法只能定量分析具有單軸磁各向異性的樣品，對于非單軸的樣品則無能為力。

左圖：鈷鐵氧納米單晶的掃描電鏡照片；右圖：兩個磁各向異性參數(shù)對溫度的依賴關系

該研究中，研究人員不再解析研究全局的實驗數(shù)據(jù)，而是關注磁化過程中特殊行為和磁場的聯(lián)系，結合樣品磁自由能的演化，定量得到了樣品的磁各向異性參數(shù)。該研究拓展了動態(tài)懸臂梁測磁技術的研究能力，推動了動態(tài)懸臂梁測磁學技術的實用化進程。