用自旋极化扫描隧道显微镜研究3d族磁性超薄膜的自旋结构

纳米磁性体系的自旋状态受到维度，拓扑结构以及衬底性质的影响而显示出高度的复杂性。这种原子尺度的复杂性是基础磁性研究的一个挑战，但同时也为实现磁性调控，甚至单自旋器件提供了广阔的前景。自旋极化扫描隧道显微镜（STM）克服了传统磁性研究方法的分辨率限制，能够从原子尺度去研究磁性，为研究超薄膜，乃至单原子层的磁性打开了一个崭新的空间。 本课题将致力于用自旋极化STM来着重研究3d族磁性超薄膜的自旋结构与晶格大小，晶格结构和衬底性质的关系。实验包括在技术上将发展和组合自旋极化STM的各个工作模式，开发可控磁化方向的磁性针尖，解决这一在国际上的难点问题。在研究内容上将研究3d族磁性金属在不同二维环境下的自旋状态，特别是通过改变衬底的性质来研究交换相互作用，自旋轨道耦合等基本因素对体系的自旋状态的影响，最终实现原子层面的磁性调控。

本项目的主要目标是建立自旋极化扫描隧道显微镜系统，实现自旋极化测量，并以此来研究包括磁性超薄膜在内的表面自旋结构和磁化现象。通过三年的实验室建设和研究工作，达到了既定的目标，建立了国际领先、国内唯一的一套矢量磁场极低温自旋极化扫描隧道显微镜系统，并且实现了通过外加磁场控制对针尖和样品磁化方向的有效控制，在纳米磁各向异性研究上取得了突破。同时，利用该系统也在二维拓扑边缘态和三维拓扑磁性等方面取得了重要的研究成果，受项目资助，共发表Science 1篇，PRL 1篇，APL 2篇，培养在读博士研究生 3名。