近期，中國科學院合肥物質院強磁場中心陸輕鈾課題組依托穩態強磁場實驗裝置組合顯微系統，成功自主研制12T干式超導磁體中敏感樣品磁力顯微鏡（MFM），得到了對空氣敏感材料三碘化鉻（CrI3）本征磁結構的清晰高分辨圖像，成像無需對樣品表面進行防氧化的保護膜處理。樣品在手套箱潔凈環境中制備、處理完成后，需要被轉移到低溫、強磁場環境中進行磁成像測量，而自主研制的獨特MFM測量桿的可拆卸密封腔可以充分保護樣品免受空氣暴露的影響，從而確保敏感樣品結構的完整性和表面清潔，最終獲取其微觀本征磁結構信息。該研究成果作為封面文章發表于國際著名儀器期刊Review of Scientific Instruments。
在二維范德華材料領域，二維磁性材料作為新興的重要成員，近年來獲得了極大關注。它們之所以受到青睞，主要歸因于在自旋電子學和高密度數據存儲領域的巨大應用潛力，特別是其少層或單層體系所具有的納米、原子尺度電、磁結構集成芯片兼容性優勢。為了深入探究其內在機制和磁各向異性等現象，高分辨率顯微成像技術對于揭示表面磁性結構顯得尤為關鍵。不過，大多數已發現的二維磁性材料在空氣中表現出極高的活潑性；當樣品厚度減少至僅具有少數的幾個單胞時，樣品極易變性、氧化、或污染，為直接表征其本征磁結構帶來了技術上的重大挑戰。
研究團隊通過自主研制的磁力顯微鏡插桿，將可拆卸的密封腔與手套箱結合，確保了空氣敏感樣品在從手套箱轉移到低溫環境時的表面清潔度和結構完整性。為了適應密封腔室的有限空間，并避免MFM鏡體與腔室壁直接接觸而引入的振動噪音，研究團隊開發了一種結構緊湊且剛性出眾的新型磁力顯微鏡。這款顯微鏡采用了獨特的“蜘蛛馬達”步進，最大直徑15 mm，即使在狹窄的空間和極端條件下，例如水冷磁體或混合磁體中，也能正常工作。此外，它還為在手套箱內靈活定位和測試微米級尺寸樣品提供了便利。
為了驗證該設備性能，研究團隊在低至5 K的低溫和高達11.9 T的強磁場環境下，直接成像了對空氣非常敏感的范德華磁性材料CrI3樣品，其MFM圖像揭示了微米尺度上軟鐵磁疇的存在，以及具有結構釘扎形狀的磁疇。
這些研究不僅對于揭示磁性樣品的本征磁疇具有至關重要的作用，而且為未來尖端磁存儲器件的研發與創新奠定了堅實的基礎，有望為磁學領域帶來重要突破。
中國科學技術大學博士研究生張雨琛為該論文第一作者，強磁場中心陸輕鈾研究員和孟文杰副研究員為共同通訊作者。該項研究得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院重大基礎設施維修改造等項目的支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0186587
《Review of Scientific Instruments》當期封面
CrI3磁疇圖像隨磁場強度的變
本文鏈接：科研人員成功研制干式超導磁體中敏感樣品磁力顯微鏡http://www.lensthegame.com/show-11-2955-0.html
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