納米樣品的磁各向異性測(cè)量和分析研究獲進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心與中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所合作，利用自制的高靈敏動(dòng)態(tài)懸臂梁測(cè)磁系統(tǒng)，表征了單晶鈷鐵氧的單個(gè)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(gè)磁各向異性參數(shù)對(duì)溫度的依賴關(guān)系，指出了它們可能的物理起源。相關(guān)研究結(jié)果以Inferring the magnetic anisotropy of a nano-sample through dynamic cantilever magnetometry measurements 為題發(fā)表在《應(yīng)用物理快報(bào)》上。

動(dòng)態(tài)懸臂梁測(cè)磁學(xué)技術(shù)具有很高的磁測(cè)量靈敏度，對(duì)樣品的形貌、導(dǎo)電性和光學(xué)性質(zhì)均無(wú)任何限制，在材料科學(xué)、生命科學(xué)和量子調(diào)控研究中有重要的應(yīng)用潛力。然而，該技術(shù)在實(shí)用化之前存在兩個(gè)問(wèn)題：缺乏有效的納米顆粒樣品制備和實(shí)驗(yàn)器件加工工藝；缺乏從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中定量獲取樣品磁參數(shù)的有效方法。

強(qiáng)磁場(chǎng)中心薛飛團(tuán)隊(duì)于2019年提出并實(shí)現(xiàn)了一種針對(duì)納米盤和納米顆粒的有效的樣品制備和實(shí)驗(yàn)器件加工工藝，解決了第一個(gè)問(wèn)題。對(duì)于第二個(gè)問(wèn)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(duì)于非單軸的樣品則無(wú)能為力。

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

該研究中，研究人員不再解析研究全局的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而是關(guān)注磁化過(guò)程中特殊行為和磁場(chǎng)的聯(lián)系，結(jié)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(dòng)態(tài)懸臂梁測(cè)磁技術(shù)的研究能力，推動(dòng)了動(dòng)態(tài)懸臂梁測(cè)磁學(xué)技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。