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物科院马付胜教授课题组在《Nano Letters》发表研究论文

近日我校物科院马付胜教授课题组在人工自旋冰领域取得重要进展。相关成果以“Emergent dynamics of artificial spin-ice lattice based on an ultrathin ferromagnet”为题发表在国际顶级期刊Nano Letters,影响因子12.28

文章链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b03352

几何阻挫是当一个多体系统中局域的竞争相互作用与其微观几何构型不匹配的时候,会在系统中形成海量的简并度的种物理现象。大家生活中常见的冰(水的固态)中复杂的氢-氧原子排列就是由几何阻挫现象引起的。但是由于自旋冰晶体中的几何阻挫效应是由晶体结构(主要是氧原子的排列)决定的,其一旦形成就很难再改变,且往往需要在低温环境下研究。人工自旋冰是具有集体相互作用的纳米小磁体的集合,这类集合可以在室温条件下用来模拟和研究自旋冰晶体中复杂的几何阻挫现象。但是,目前对于人工自旋冰阻挫现象的研究,绝大多数是通过磁畴成像的技术,如磁力显微镜、洛伦兹电子显微镜等。

最近,我校物科院马付胜教授团队与新加坡材料研究院Abhijit Ghosh博士团队合作设计制备了一种基于超薄钴铁硼纳米棒(长550纳米,宽150纳米,厚1.5纳米)二维正方晶格周期排列的人工自旋冰结构。利用静态的磁化曲线以及动态的磁共振的方法研究了人工自旋冰在不同磁化过程下的阻挫现象。研究发现,阻挫态的出现与样品的磁化过程直接相关,可以通过设定磁场的历史过程,来实现不同的阻挫状态。而且,不同的阻挫状态会对应着不同的磁共振谱图。磁共振的频率在GHz范围内,主要来自于钴铁硼纳米棒内的磁振子模式,以及不同阻挫状态下,相邻钴铁硼纳米棒之间的相互作用。

这种基于纳米小磁体的人工自旋冰,不需要工作在低温环境下,尺寸可以从几十纳米到几微米,因此在磁性存储、逻辑运算、长程通信以及类脑神经形态计算等方面展现出了不错的潜力。 另外,团队还在此结构中观测到了磁化拓扑缺陷现象,像狄拉克单极子和狄拉克弦。相关结果正在整理分析。

我校物科院马付胜教授和新加坡材料研究院的Abhijit Ghosh博士为文章的共同通讯编辑,课题组2017级在读研究生金香君为文章的共同编辑。

该研究工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、江苏省特聘教授计划、江苏省“六大人才高峰”计划等经费资助。

  • 更新时间

    2019年12月10日 10:17

  • 阅读量

  • 供稿

    物科院

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