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清华材料学院朱静课题组在透射电镜的电子磁手性二向色性技术研究中取得进展


5月12日,买球正规网站朱静院士课题组在《自然通讯》(Nature Communications)在线发表了题为 “基于透射电子的面内EMCD技术实现材料本征EMCD磁信号测量”(“An in-plane magnetic chiral dichroism approach for measurement of intrinsic magnetic signals using transmitted electrons”)的研究成果,将EMCD技术磁性测量从平行于电子束方向拓宽到了垂直于电子束方向,打破了传统EMCD技术单一方向磁性测量的局限性,实现了试样的面内EMCD信号测量,得到了材料本征磁状态下的磁信号。


在透射电子显微镜中,实现纳米尺度上定量磁参数的测量一直是一个具有挑战性的难题。2006年,电子磁手性二向色性技术(EMCD,Electron Magnetic Chiral Dichroism)的发明,实现了利用透射电子进行材料磁性的测量,成为了透射电镜中一种新的磁性表征手段。然而,传统的EMCD技术只能够测量单一方向(沿着电子束方向,即试样的面外方向)的磁信号,并且得到的也是材料饱和磁化状态下的磁参数,不能实现材料本征磁性质的测量,具有一定的局限性。


该工作从EMCD信号产生的基本原理出发,指出EMCD技术测量磁信号的方向是由电子的动量转移决定的,选择不同方向的动量转移就能够实现不同方向的EMCD信号测量。通过计算模拟,首先从理论上证明了实验测试获得试样面内方向EMCD信号的可能性。并且结合模拟结果,设计出了新的衍射几何来分离不同方向的EMCD信号。在实验中以典型的金属单质 Co为例,在透射电镜的Lorentz模式下,使样品处于本征磁状态,首次从实验上验证了面内EMCD技术的可行性,并且实现了本征状态下EMCD信号的探测。该研究成果有力地推进了EMCD技术的发展,被国内外相关领域专家评价为“做出了世界一流的研究成果”和“Your research group is a powerful group in the world”。


该论文是第一作者为材料学院博士生宋东升,通讯作者为朱静院士。参与该工作的还有德国于利希研究中心的Rafal Dunin-Borkowski教授,李子安博士,Amir Tavabi博士和Andras Kovacs博士,瑞典乌普萨拉大学Jan Rusz博士,试样由德国马普所的Gunther Richter教授和黄文婷博士提供。


该研究工作得到了国家自然科学基金和973项目的支持。


论文链接:https://www.nature.com/articles/ncomms15348


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