磁性电镜测试 发了一篇Nature Materials

钢铁侠 5小时前 41浏览

磁性源自电子的自旋和轨道角动量及其耦合。这些相互作用发生在亚原子尺度上，对这类现象的全面理解依赖于能够探测原子分辨率下自旋和轨道矩的表征技术。2006年，电子磁手性二向色性技术（EMCD，Electron Magnetic Chiral Dichroism）的发明，实现了利用透射电子进行材料磁性的测量。但由于汇聚束设置带来的挑战，扫描透射电子显微镜中检测原子尺度上的电子磁手性二向色性仍难以捉摸。瑞典乌普萨拉大学Hasan Ali等人开发了一种基于扫描透射电子显微镜（STEM）的原子级磁性表征技术，通过电子磁手性二向色性技术（（EMCD），首次实现了对铁晶体中单个原子平面及亚原子尺度上轨道磁矩与自旋磁矩比（mL/mS）的定量测量。研究成果以“Visualizing subatomic orbital and spin moments using a scanning transmission electron microscope”为题发表于Nature Materials。

该研究的主要创新点在于

1：首次在STEM中实现原子级EMCD检测，空间分辨率达亚原子尺度（<0.2 nm），为磁性材料的微观机制（如自旋-轨道耦合、表面磁性调控）提供了新工具。

2：提出单次扫描实验设计，解决了多数据集配准难题，显著提升数据可靠性。

3：首次观测到轨道与自旋磁矩在亚原子尺度的空间调制，为表面磁性研究提供了直接实验证据。

图1：实验装置的概念图

 

图2：来自单个原子平面的EMCD信号。

图3：亚原子平面分辨率的EMCD检测。

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02242-6

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