3 - 磁学国家重点实验室 - ä¸­å›½ç§‘å­¦é™¢ç‰©ç†ç ”ç©¶æ‰€

中 科 院 物 理 所 课 题 总 结 与 开 题 报 告磁 性 纳 米 结 构 与 磁 共 振成 昭 华 , 孙 阳 , 张 向 群中 国 科 学 院 物 理 研 究 所 磁 学 国 家 重 点 实 验 室1. 科 学 意 义2. 2005-2007 工 作 总 结3. 实 验 条 件4. 研 究 队 伍 和 承 担 项 目5. 拟 研 究 内 容 以 及 预 期 成 果State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

一 、 科 学 意 义超 高 密 度 磁 存 储 与 超 顺 磁 极 限宏 观 量 子 效 应 和 量 子 隧 穿交 换 作 用ΔE 各 向 异 性维 度 与 磁 性 的 关 系维 度 与 电 子 态 的 关 系Magnetization (arb.unit)Fe on Cu(111)2D1D0D-6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000Magnetic field (Oe)T = 45 KCu(111)Cu(111)Cu(111)m =2.2 μ Βm =0.5 μ Βm =2.2 μ Βremanent magnetization (arb.unit)0D1D2DMr-2DMr-1DMr-0D0 50 100 150 200 250 300Temperature (K)三 维二 维 或 一 维State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

单 晶 生 长磁 性 纳 米 结 构 与 磁 共 振磁 性 超 薄 膜磁 性 纳 米 点磁 性 纳 米 线外 延 生 长单 晶 衬 底表 面 磁 光 科 尔 效 应 电 子 自 旋 共 振 穆 斯 堡 尔 效 应1.014 1.7ML Longtitual1.3ML Longtitual1.011Kerr signals ( a. u )1.0081.0051.0020.9990.996-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400Hext ( Oe )State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

Non-magnetic57Fe(3Å)56Fe(100Å)磁 共 振 研 究 独 特 性一 、 科 学 意 义选 择 性 微 区 测 量Short Time ScaleNon-magnetic56Fe(xÅ)57Fe(3Å)56Fe(100Å)• 微 观 磁 性• 自 旋 动 力 学 过 程线 宽 ΔH pp : 自 旋 - 晶 格 弛 豫 时 间 T 1 ,自 旋 - 自 旋 弛 豫 时 间 T 2 ;g 因 子 : 自 旋 角 动 量 S 和 轨 道 角 动 量 L对 电 子 磁 矩 的 贡 献 大 小 ;强 度 I: 自 旋 磁 化 率State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

二 、 2005-2007 工 作 总 结•MnSi 磁 性 半 导 体 超 薄 膜 可 控 生 长 和 磁 性 调 控• 磁 性 纳 米 线 的 低 温 强 磁 场 穆 斯 堡 尔 和 反 磁 化 机 理 研 究• 纳 米 磁 体 / 超 导 异 质 结 的 磁 性 及 自 旋 调 控• 超 大 磁 电 阻 锰 氧 化 物 单 晶 的 电 致 电 阻 和 电 子 自 旋 共 振 研 究State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

二 、 工 作 总 结MnSi 磁 性 半 导 体 超 薄 膜 的 可 控 生 长 和 磁 性 调 控MM• 晶 格 失 配• 电 导 失 配自 旋 注 入 困 难State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

Si 表 面 外 延 生 长 金 属 和 金 属 Si 化 物FeSi, CoSi, NiSi 弱 磁 或 非 磁二 、 工 作 总 结•MnSi铁 磁 性 金 属MnSiSi(111)C. Pfleider, PRB,55,8330(1997)State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

MnSi 超 薄 膜 的 磁 性 与 电 性 调 控二 、 工 作 总 结三 维二 维 或 一 维• 维 度 ?MnSiMnSiSi(111)Si(111)• 应 力 ?State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

二 、 工 作 总 结原 子 级 平 整 磁 性 超 薄 膜 的 可 控 生 长 与 原 位 表 征0.02ML 1.6ML 2.4ML 6ML250×250nm 2250×250nm 2 1000×1000nm 2 1000×1000nm 232eV47eV47eV90eVState Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

厚 度 度 诱 导 的 金 属 - 半 导 体 转 变24ML 6ML 4ML二 、 工 作 总 结R (Ohm)4024ML3020100 20 40 60 80 100Temperature (K)30R(Ohm)10008006ML6000 20 40 60 80 100Temperature (K)880R(Ohm)7500500025004ML0 20 40 60 80 100Temperature (K)7500R(Ohm)241812R = R 0+ AT60 400 800 1200 1600T 2 (K 2 )2R(Ohm)8608408201.5 2.0 2.5 3.0 3.5lnTR (Ohm)7000650060001.5 2.0 2.5 3.0 3.5lnT弱 巡 游 电 子 铁 磁 性二 维 弱 局 域 化State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

同 时 具 有 铁 磁 性 和 半 导 体 特 性 的 磁 性 超 薄 膜Hall Effect二 、 工 作 总 结M(emu)6.0x10 -53.0x10 -50.0-3.0x10 -5-6.0x10 -5R402KR5KR10KR6ML6ML30 20KR30KR40KR50KR201000 20 40 60 80 100H(kOe)H (kOe)= R 0H R M-9 -6 -3 0 3 6 9H+SR H(Ω)Si: n-type, MnSi P-typeState Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

TMR(%)TMR (%)二 、 工 作 总 结• 磁 性 纳 米 线 的 磁 各 向 异 性 与 反 磁 化 机 理 研 究量 子 硬 盘[110]RA(kΩ· μm 2 )S.Y. Chou, Proc. IEEE 85, 652 (1997).[110][100]State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn二 、 工 作 总 结• 利 用 低 温 强 磁 场 研 究 了 Fe 纳 米 线 的 形 状 各 向 异 性3:2:1:1:2:3randomγ-ray3:0:1:1:0:33:4:1:1:4:3θHMomentThe area ratio among the six lines is 3:b:1:1:b:3. bis the area ratio between A 2,5 /A 3,4, and is given by4−bcosθ = 4 + bθ is the angle between Fe moment and γ-ray

二 、 工 作 总 结• 利 用 低 温 强 磁 场 研 究 了 Fe 纳 米 线 的 形 状 各 向 异 性γ-rayApplied FieldAbsoption (%)1.000.9815KOe0.961.000.9810KOe0.961.000.987.5KOe0.961.000.980.965KOe1.000.980.962.5KOe1.000.980.960KOe-10 -5 0 5 10Velocity (mm/s)W= K sin 2 θ −∑ μFeHappnπcos( −θ)2K ≈ 7.3×10 6 (ergs/cm 3 ) ≈ 14 K 1State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

• Fe3Pt 磁 性 纳 米 线 的 反 磁 化 机 理二 、 工 作 总 结H=-3.0kOe+1+0.60d=10nm 的 阵 列 5K 时 的 磁 滞 回 线实 验 结 果 :Hc=2.72 kOe模 拟 结 果 :Hc=2.86 kOeM z/M s-0.6-1d=10nm 的 4×4 阵 列Hext =-3.0kOeState Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

• 纳 米 磁 体 / 超 导 异 质 结 的 磁 性 及 自 旋 调 控二 、 工 作 总 结超 导 对 纳 米 磁 体的 磁 性 及 自 旋 调 控 ?Mona Berciu Nature435, 71-74(2005)State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

• 超 大 磁 电 阻 锰 氧 化 物 中 的 电 致 电 阻 与 电 子 自 旋 共 振电 致 电 阻 与 相 分 离 电 子 自 旋 共 振 CMR二 、 工 作 总 结ρ (mΩ.cm)50403020100-80 -40 0 40 80 120 160I (mA)ER(%)100806040120K20115K00 20 40 60 80 100I(mA)5K100K115K120K125K130KESR signal (arb. units)Intensity (arb. units)0FM signalPM signal (g ~ 2)La 2-2xSr 1+2xMn 2O 7(x=1/3)H // abFMR150 200 250 300 350T (K)T = 250 kT = 295 KT = 327 kT = 350 k1 2 3 4 5 6 7H (kOe)Resistivity (Ω cm)0.120.100.080.060.040.020.00(a)H // abLa 2-2xSr 1+2xMn 2O 7(x = 1/3)H = 0H = 10 kOeH = 50 kOe(a)(b)Resonance field (kOe)7654321H // cH // abLa 1.4Sr 1.6Mn 2O 7La 1.2Sr 1.8Mn 2O 7(La 0.8Eu 0.2) 4/3Sr 5/3Mn 2O 7T*FM signalPM signal300 320 340 360 380T (K)MR (%)0-1000-2000-3000-4000(b)10 kOe50 kOeT (K)200 250 300 350-50000 50 100 150 200 250 300 350 400T (K)T*(c)(d)State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

二 、 工 作 总 结发 表 文 章 及 会 议 报 告 (2005-2007)•Physical Review Letters 2 篇•Applied Physics Letters 7 篇•Physical Review B 12 篇• 其 他 SCI 30 篇• 国 际 会 议 邀 请 报 告 3 次• 国 内 会 议 特 邀 报 告 9 次• 组 织 国 际 学 术 会 议 2 次• 组 织 国 内 学 术9 次2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cnNumber35302520151050Publication SummaryTotal PublicationFirst authorHigh Quality Journals培 养 研 究 生 20 人 , 其 中 11 人 获 博 士 学 位 ,1 人 硕 士 学 位Year

获 奖 情 况1. 2005 年 北 京 市 科 学 技 术 一 等 奖( 沈 保 根 , 成 昭 华 、 张 宏 伟 、 张 绍 英 、 赵 同 云 )2. 2006 年 第 九 届 中 国 青 年 科 技 奖 ( 成 昭 华 )二 、 工 作 总 结State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

三 、 实 验 条 件单 晶 生 长 炉 (2002) 电 化 学 实 验 室 (2003)MBE/SPM/SMOKE/MS(2004)多 电 极 磁 输 运 (2002) 穆 斯 堡 尔 谱 仪 (2003) 电 子 自 旋 共 振 (2006)State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

四 、 研 究 队 伍 和 承 担 项 目磁 性 纳 米结 构 生 长博 士 生磁 共 振成 昭 华 杰 出 + 百 人孙 阳 百 人 计 划张 向 群 工 程 师10-15 人低 维 磁 性微 观 磁 性• 杰 出 青 年 基 金 B• 基 金 委 面 上 基 金• 中 科 院 百 人 计 划• 基 金 委 创 新 群 体• 重 大 科 技 专 项•863承 担 项 目State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

五 、 研 究 内 容 及 预 期 成 果1. 新 型 磁 性 纳 米 结 构 的 可 控 生 长掩 膜 板 和 分 子 自 组 装 等 化 学工 艺 , 制 备 纳 米 颗 粒 或 磁 性量 子 点State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

五 、 研 究 内 容 及 预 期 成 果2. 低 维 小 尺 度 受 限 系 统 的 微 观 磁 性 与 自 旋 动 力 学57Fe(3Å)56Fe(100Å)56Fe(xÅ)57Fe(3Å)56Fe(100Å)Kerr signals ( a. u )1.014 1.7ML Longtitual1.3ML Longtitual1.0111.0081.0051.0020.9990.996-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400Hext ( Oe )State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

五 、 研 究 内 容 及 预 期 成 果3. 磁 性 纳 米 结 构 的 人 工 设 计 与 计 算 机 模 拟State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn

五 、 研 究 内 容 及 预 期 成 果4. 纳 米 磁 体 / 超 导 体 异 质 结 构 的 自 旋 调 控1. Flux pinning in superconductor bynanomagnetsnanomagnet: size, shape, structuresuperconductor: low-Tc, high-Tc2. Manipulate spin tunneling using asuperconductorenhance tunneling rateremain degeneracyquantum coherenceY. Sun et al., Phys. Rev. Lett. 92, 097002 (2004).State Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cnS

致自 课 题 组 2001 年 成 立 以 来 , 得 到 科 技 部 , 基 金 委 , 科 学 院 和 物理 所 的 资 助 和 支 持 , 先 后 有 30 人 为 课 题 组 的 建 设 和 发 展 做 出 了贡 献 , 在 此 一 并 感 谢 !谢•MOST• NSFC•CAS•IOPState Key Lab. of Magnetism, IPCAS; http://maglab.iphy.ac.cn