磁性纳米结构的可控生长

        磁性纳米结构具有优异的磁性特性而被广泛用做磁存储材料和自旋电子学器件。分子束外延由于可以得到高质量的磁性纳米结构而被大量使用。分子束外延方法的主要通过超高真空环境(真空度比大气压低13个数量级),减少气体分子对原子的碰撞,延长蒸发原子的平均自由程来得到高质量的纳米结构。本实验室分子束外延设备真空度为1E-8 帕,并配有原子级分辨的扫描隧道显微镜、低能量电子衍射仪、俄歇电子谱仪、表面磁光克尔仪等设备,用于开展磁性薄膜的结构和磁性测量。

        利用分子束外延(MBE)人工设计和在纳米尺度下可控生长具有大面积均匀的磁性异质结,包括磁性/重金属、磁性/超导、磁性/拓扑、磁性/二维电子气等。并且通过深紫外激光磁光与磁圆(线)二色性谱仪(DUV-MCD)与角分辨光电子谱仪(DUV-ARPES)联合系统,研究磁性异质结的电子结构和自旋结构,确定自旋-轨道耦合和自旋手性,阐明自旋结构与磁性的内在联系。

 

超快自旋动力学和飞秒磁性

        信息存储的不断增长和磁性介质的内禀物理极限要求人们探索磁场控制磁化强度的新手段。采用飞秒激光脉冲的方法,可以将磁性材料的磁化操纵时间尺度从纳秒推进到皮秒乃至到亚飞秒范围。系统研究泵浦光激光功率、波长激发以及不同磁各向异性(磁晶各向异性、垂直磁各向异性、形状各向异性、组态各向异性等)对自旋翻转、自旋进动和自旋弛豫的影响,研究自旋波激发与耦合;研究拓扑自旋结构的超快自旋动力学。开展超快磁动力学的研究有望将磁性材料的工作频率从吉赫兹提高到太赫兹。本实验室利用50 fs的激光脉冲,作用在磁性材料中,并利用另外一束激光脉冲通过实验延迟的方法,利用磁光克尔信号来得到磁性材料的超快磁动力学信号。本实验室磁动力学测量平台时间分辨100fs,工作温度5-300K,磁场 2T。

磁性氧化物单晶的磁性、电性和磁热效应

         利用浮区法生长磁性氧化物单晶,进行单晶的各向异性磁性、电性及磁热效应等研究。多晶样品存在较多的晶粒晶界和缺陷,对其自身的性质会有一定的影响。而单晶样品在很大程度上克服掉这些因素带来的影响,更能揭示物质内禀的物理性质。我们使用日本晶体系统公司生产的四镜光学浮区炉(FZ-T-10000-H-VI-VP)进行单晶生长。该设备利用四个卤素灯作为加热源,四个旋转椭球位于同一水平面,通过球面反射后有效地将卤素灯的热量聚焦在样品处,形成局域高温,最高可达2200℃。该设备生长单晶的要优点是不需要坩埚,没有任何污染源的污染,加热融区均匀,可以生长熔点极高的材料。

           

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