Nanoscale magnetization and current imaging using scanning-probe magneto-thermal microscopy
磁显微镜结合了纳米级的空间分辨率与皮秒级的时间分辨率，独特的时空磁现象，是相关的未来高速，高密度磁存储和逻辑技术的直接观察。结合这些指标的磁显微镜仅限于设施级仪器。为了解决这一差距，在实验室可访问的时空成像，我们开发了一个时间分辨近场磁显微镜的基础上磁热相互作用。我们展示了磁化和电流密度成像模式，每个空间分辨率远远超过光学衍射极限。此外，我们研究了我们的信号的近场和时间分辨特性，发现我们的仪器具有100 nm尺度的空间分辨率和低于100 ps的时间分辨率。我们的研究结果表明，一个访问和相对低成本的方法，以纳米级时空磁显微镜在桌面的形式，以帮助科学和技术的动态磁器件与复杂的自旋纹理。
2021-02-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Table-top Measurement of Local Magnetization Dynamics Using Picosecond Thermal Gradients: Toward Nanoscale Magnetic Imaging
纳米磁性的最新进展已经证明了基于自旋的技术的潜力，包括磁性随机存取存储器，纳米微波源和超低功率信号传输。未来的工程进展和新的科学发现将使研究工具能够检查局部磁化动力学的长度和时间尺度的基本磁系统的时空变化-通常为10 - 200纳米和5 - 50 ps。一个关键的问题是，目前的台式磁显微镜不能同时访问这两个尺度。在这封信中，我们介绍了一个时空磁显微镜，利用磁热电相互作用，通过时间分辨的异常能斯特效应（TRANE）来测量局部磁化。通过产生短暂的局部热梯度，将磁矩转换为电信号。实验上，我们表明，TRANE显微镜的时间分辨率低于30 ps和空间分辨率的热激发区域的限制。此外，我们提出的数值模拟表明，热斑的大小设置的空间分辨率的限制，即使在50 nm。用于TRANE显微镜的热效应对它们的空间分辨率没有根本的限制，因此未来的TRANE显微镜采用扫描等离子体天线可以测量纳米尺度的磁动力学。
2015-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetic simulations of thermally activated magnetization reversal of nanoscale magnets
采用随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值积分方法研究了非零温度下单畴纳米级磁体的动力学过程。特别注意的是，包括热涨落作为朗之万长期，和快速多极方法被用来计算偶极-偶极相互作用。这是可行的，以纳秒的时间尺度上模拟这些动态的空间离散化，涉及的顺序上使用桌面工作站的10000个节点。这里考虑的纳米级磁体是具有大纵横比的单柱。磁滞回线模拟研究的稳定和亚稳态的磁化配置。每个支柱都有磁性端盖。在随时间变化的磁场中，观察到柱的磁化通过端盖的成核、传播和聚结而反转。特别地，端盖传播到磁体中并且在中间附近相遇。当具有相反涡度的端盖相遇时，形成相对长寿命的缺陷。波动是更重要的磁化反转弱于零温度矫顽场，其中反转是热激活的字段。在这种情况下，该过程必须通过其统计特性来描述，例如开关时间的分布，在大量独立的热历史上平均。
1999-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Thermal and Dynamic Effects in Langevin Simulation of Hysteresis in Nanoscale Pillars
在非零温度下的单畴纳米级磁体的微磁学模拟中测量了与磁滞相关的动态量。磁环面积和磁场相关性显示出共振特性，共振频率与温度有关。周期平均磁化强度在高频下表现出对称性破缺。
2001-05-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Imaging three-dimensional nanoscale magnetization dynamics
本文提出时间分辨磁层析成像技术，以50纳米分辨率成像两相块体磁体的三维磁化动力学，揭示畴壁进动与均匀磁畴间的转变，为研究三维纳米磁体动态新功能奠定基础。
2020-01-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Langevin Simulation of Thermally Activated Magnetization Reversal in Nanoscale Pillars
Landau-Lifshitz-Gilbert微磁模型结合热涨落和偶极-偶极相互作用（由快速多极方法计算）的数值解的尺寸为9 nm × 9 nm × 150 nm的纳米级铁柱组成的系统。得到了正弦变化磁场下产生的磁滞回线，在T=0 K时，利用线性场扫描估计矫顽场为1979 $\pm$ 14 Oe.热效应对于被捕获在亚稳取向中的磁化的弛豫是必不可少的，例如在小于矫顽值的外部磁场的快速反转之后发生的。开关时间的分布相比，一个简单的分析理论，描述了在纳米磁体的两端与成核反转。结果还提出了垂直于平面基板取向的纳米磁体阵列。即使在300 nm的间隔处，其中来自相邻柱的场仅为$\sim$ 1 Oe，相互作用对磁体的切换具有显著影响。
2001-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Elasticity-driven Nanoscale Texturing in Complex Electronic Materials
许多复杂电子材料的精细探针揭示了应变、电荷和磁化强度的符号变化织构的不均匀微结构，形成曲折的条带、条带段或液滴。我们介绍并模拟了一个金斯堡-朗道模型的结构转变，应变耦合到电荷和磁化。电荷掺杂充当局部应力，其使周围的单元电池变形而不产生缺陷。这种看似无害的约束弹性'兼容性'，实际上诱导关键的各向异性长程部队的单细胞离散对称性，交织相反的符号竞争应变产生极化弹磁纹理的复合变量。随机局部掺杂的模拟低于固-固转变温度揭示了丰富的多尺度织构从诱导的弹性场：纳米级相分离，介观尺度的内在不均匀性，纹理交叉耦合到外部应力和磁场，和温度相关的渗流。我们描述了这种复合纹理极化子的概念可以是有价值的掺杂锰氧化物，铜酸盐和其他复杂的电子材料。
2003-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of magnetization processes in Sm(Co,Fe,Cu,Zr)$_z$ magnets with different nanoscale microstructures
Sm（Co，Fe，Cu，Zr）$_z$合金具有Sm $_2$ Co $_{17}$晶胞中的SmCo $_5$晶胞壁的特征显微结构，所有晶胞壁都被富Zr片晶包围，使它们成为性能最好的高温永磁体之一。已经进行了大量的研究来定制纳米尺度的微结构，但是由于其复杂性，关于各个相在不同温度下对磁性能的影响的许多问题仍然没有答案。在这里，我们探讨了三种不同的Sm（Co，Fe，Cu，Zr）$_z$合金通过部署高分辨率的磁成像，通过原位透射电子显微镜和三维化学分析，原子探针断层扫描，这种机制的效果。我们发现，它们的微观结构不同的SmCo $_5$细胞壁和Z-相的大小和密度，以及在细胞壁中的Cu浓度，并演示这些功能如何影响磁畴的大小和密度，从而形成不同的磁性织构。此外，我们说明，在室温下占主导地位的磁性机制是畴壁钉扎，并表明具有更致密的细胞壁网络，更陡峭的铜梯度的细胞壁边界，和更薄的Z-相血小板磁体具有更高的磁性。我们还表明，在高温下的矫顽力机制是畴壁成核的细胞壁。增加胞壁内的Cu浓度降低了钉扎和成核之间的转变温度，随着温度的升高显著降低了结晶度。因此，我们提供了一个原子到纳米尺度的微观结构如何直接影响磁性能的详细解释，并提供了详细的指导方针，为Sm（Co，Fe，Cu，Zr）$_z$磁铁的改进设计。
2021-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Effects of current on nanoscale ring-shaped magnetic tunnel junctions
我们报道了纳米环形磁性隧道结中电流驱动磁化翻转的观测和微磁学分析。当电流密度超过$6\times 10^{6}$ A/cm $^2$数量级的临界值时，两个磁环的磁化可以在平行和反平行洋葱状态之间来回切换。理论分析和微磁学模拟表明，电流驱动开关的主要机制是自旋力矩，而不是电流诱导的圆形奥斯特场。
2008-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Altermagnetism imaged and controlled down to the nanoscale
本文在MnTe中实现了交变磁有序的纳米尺度成像与控制，结合X射线磁圆二色性、磁线二色性和光发射电子显微镜，展示了从涡旋到畴壁再到单畴态的多种自旋构型，为超可扩展自旋电子器件及交变磁性与超导、拓扑物相的交叉研究开辟了道路。
2024-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale quantum imaging of field-free deterministic switching of a chiral antiferromagnet
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of Michigan（密歇根大学）；University of California, Davis（加州大学戴维斯分校）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；Colorado State University（科罗拉多州立大学）
本研究利用自旋轨道扭矩在手性反铁磁体Mn3Sn中实现无场确定性磁化切换，并通过量子显微镜观察到高达90%的磁切换比。
2025-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale mapping of internal magnetization dynamics reveals how disorder shapes heat generation in magnetic particle hyperthermia
University of Luxembourg（卢森堡大学）；Ghent University（根特大学）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)（马德里材料科学研究所）；Physikalisch-Technische Bundesanstalt（德国联邦物理技术研究院）
研究通过结合AC磁性测量与动态微磁模拟，揭示了杂乱如何影响磁性粒子内部热量产生，发现颗粒尺寸是关键可调参数，影响热释放的大小和时空分布。
2026-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Particle size dependence of magnetization and phase transition near T_N in multiferroic BiFeO3
本文报道了多铁性BiFeO_3系统在T_N（~643 K）处的相变随颗粒尺寸的变化。我们采用电、热和温度相关的X射线衍射（XRD）研究来表征许多样品中的转变。我们还进行了详细的磁测量，在温度制度2-300 K下的磁场100-10000 Oe的散装和纳米晶体系统。在体相体系中，在T_N处有一个尖锐的吸热峰，并在~150 K（Δ T）范围内有一个宽的特征，而纳米尺度体系只表现出宽的特征。发现在T_N处出现的特征介电异常在T_0和T_N处都出现。由于具有不同电导率的异质区域之间的界面的麦克斯韦-瓦格纳分量也存在。在较低温度下测量的磁性证实了我们在量热法中的观察结果。纳米BiFeO 3的亚稳性随着零场冷却（ZFC）和场冷却（FC）磁化强度在~100 K以下的发散和更快的磁弛豫而增加。有趣的是，在纳米BiFeO 3中，人们也观察到在较低温度下的有限磁性，这指出适当的颗粒尺寸和形状的设计可以诱导铁磁性。Bi/Fe-离子和/或氧的非化学计量的不均匀分布似乎引起热，磁以及电响应的广泛特征。
2006-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Controlling effective field contributions to laser-induced magnetization precession by heterostructure design
本文通过在 Pt-Cu-Ni 异质结构中嵌入 MgO 层调控热电子传播和应变脉冲形状，结合 UXRD 与 MOKE 实验及建模，揭示了准静态应变驱动激光诱导磁化进动的机制，为低热耗散光-磁-声器件设计提供新途径。
2024-02-29 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale imaging of antiferromagnetic domains in epitaxial films of Cr2O3 via scanning diamond magnetic probe microscopy
我们报道了用金刚石氮空位显微镜直接成像磁电外延Cr2O3薄膜中与反铁磁畴相关的边界磁化。我们发现了磁畴尺寸和结构晶粒尺寸之间的相关性，我们与畴形成过程。我们进行了场冷却，即，在存在磁场的情况下从高于Néel温度冷却到低于Néel温度，这导致选择两个另外简并的180度畴中的一个。由于Cr2O3膜中的弱寄生磁矩的塞曼能量（Zeeman energy），这种简并性的提升可以单独用磁场来实现，所述弱寄生磁矩源于缺陷和相对界面的边界磁化的不平衡。该边界磁化耦合到反铁磁序参量，使得能够选择其取向。纳米结构的Cr2O3薄膜的台面结构揭示了可逆的边缘磁状态与磁场的方向在现场冷却。
2023-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Determining the Saddle Point in Micromagnetic Models of Magnetization Switching
采用有限温度微磁学方法对扫描显微镜辅助化学气相沉积制备单畴纳米级铁磁体的数值模型进行了模拟。一个投影动力学方法被用来确定在鞍点的磁化强度作为温度的函数。发现这种磁化强度随着温度的升高而线性降低。
2002-04-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Tunable magnetization in nanoscale LuFeO3: Role of morphology, ortho-hexa phase ratio and local structure
我们已经观察到的增强和移位的自旋重取向转变温度的正交相和六方相的共存和更高的纵横比在纳米级LuFeO 3的结果。纳米颗粒和纳米纤维的LuFeO 3被认为是这项工作。纳米颗粒具有75%的斜方晶相和25%的六方晶相，而纳米纤维具有23%的斜方晶相和77%的六方晶相。在纳米纤维的情况下，较大的纵横比被认为有助于应变稳定材料中的六方相。磁性测量显示在磁行为和自旋重取向温度的显着差异; 183 K的纳米粒子的情况下和150 K的纳米纤维的情况下。在六方相中，三角晶格的挫挫作用不利于长程有序，而磁各向异性则有利于长程有序，这有助于纤维的增强和异常磁性行为。利用Fe K边的X射线吸收近边谱（XANES）研究了Fe 3d- 4p轨道的对称驱动动力学。它建立了由于Fe原子的非中心对称性，纳米纤维具有降低的3d-4p轨道混合和降低的晶场分裂能量，这也是增强的磁性行为的贡献因素。
2019-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Plasmon-enhanced optical control of magnetism at the nanoscale via the inverse Faraday effect
本研究通过圆偏振飞秒激光激发金纳米盘产生局部磁场，利用逆法拉第效应实现了对相邻磁性薄膜磁化的超快纳米尺度光学控制，并发现偏离共振波长激发可避免多余加热，为纳米自旋电子器件的光驱动控制提供了新途径。
2023-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetization Dynamics of Nanoscale Magnetic Materials: A Perspective
纳米磁体构成了一系列小型化节能设备的基石，包括数据存储、存储器、波基计算、传感器和生物医学设备。它们还提供了一系列奇特的现象和严峻的挑战。介绍了单纳米磁体和一维和二维纳米结构阵列的磁化动力学研究进展，这些纳米结构阵列的形式包括点、反点、纳米颗粒、二元和双组分结构以及图案化多层膜。介绍了人工自旋冰、三维纳米磁体等非常规新结构以及畴壁、涡旋和skyrmions等自旋织构的研究进展。此外，在磁性纳米结构的磁化动力学的各种各样的新课题正在迅速出现。综述了纳米结构快速动力学的时空成像、自旋织构动力学、人工自旋冰等不断发展的课题。此外，还介绍了当代和新出现的磁性结构的动力学，如具有复杂基和对称性的纳米磁体阵列、磁子准晶、分形、缺陷结构、新型三维结构等。各种自旋-轨道耦合效应和随之而来的自旋织构以及由磁振子-光子、磁振子-声子和磁振子-磁振子耦合组成的量子混合系统，反铁磁纳米结构正在迅速发展，并有望在未来几年主导这一研究领域。最后，相关的主题，如章动动力学和纳米磁体天线进行了简要讨论。尽管取得了很大的进展，但迄今为止，只有一小部分纳米磁性及其辅助主题得到了探索，并且设想在未来几代人中在这个不断增长的研究领域中做出巨大努力。
2020-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nonexponential Relaxation of Magnetization at the Resonant Tunneling Point under a Fluctuating Random Noise
纳米级分子磁体共振隧穿点处的非指数弛豫被解释为外加磁场周围的波动随机场的影响。我们证明了这种松弛在朗之万方程分析，并澄清如何初始松弛（平方根时间）的指数衰减的变化。讨论了弛豫的标度性质。
2000-05-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Multiscale nature of hysteretic phenomena: Application to CoPt-type magnets
我们提出了一个可行的方法来描述多尺度的磁化反转现象在纳米磁体，并将其应用到CoPt型合金。我们发现，它们的滞后特性是由两个效应起源于不同的长度尺度：一个奇特的分裂畴壁和他们的强钉扎在反相边界。我们强调，这种多尺度性质的滞后现象是纳米磁性材料的一个通用功能。
2002-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Molecular spin-probe sensing of H-mediated changes in Co nanomagnets
本研究利用STM结合二茂镍分子探针，发现载氢Co/Cu(111)纳米岛中氢超结构导致磁化方向旋转90°，并通过从头计算揭示其源于氢与Co的杂化及界面渗透，为纳米尺度磁性的化学调控提供了微观见解。
2024-09-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diameter dependence of ferromagnetic spin moment in Au nanocrystals
金纳米粒子表现出铁磁自旋极化，并表现出直径依赖性的磁化。在磁化强度-直径曲线中，颗粒中每个Au原子的磁矩在直径约为3 nm处达到最大值。由于金金属是一种典型的抗磁性材料，其铁磁极化机制被认为与过渡金属中观察到的铁磁性有很大不同。尺寸效应强烈地暗示了在纳米尺度下存在一些自旋相关效应。所谓的"费米空穴效应“是在自由电子气体系统中给出的最可能的效应。利用该模型讨论了金纳米粒子的铁磁性。
2004-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic properties of vanadium-oxide nanotubes probed by static magnetization and {51}V NMR
本文报道了多壁钒氧化物纳米管的静态磁化率和核磁共振的测量结果。在这种纳米磁体中，钒离子的结构低维性和混合价态产生了复杂的静态磁化强度和核弛豫速率的温度依赖性。对磁性的不同贡献的分析允许识别单个层间磁性位点以及纳米管壁的双层中的强反铁磁耦合的钒自旋（S = 1/2）。特别是，数据给出了强烈的迹象表明，在结构上定义良好的钒自旋链的墙壁，由于不均匀的电荷分布，反铁磁二聚体和三聚体发生。总的来说，约30%的钒离子以二聚体的形式耦合，表现出700 K量级的自旋间隙，另外约30%的钒离子包括单独的自旋和三聚体，而其余约40%的钒离子是双自旋的。
2006-04-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Beating the superparamagnetic size limit of nanoparticles on a ferroelectric substrate
当减小纳米级磁性颗粒的尺寸时，它们的磁化强度变得容易受到接近超顺磁性极限的热波动的影响，从而阻碍了依赖于稳定磁化强度的应用。在这里，我们从理论上表明，磁电耦合到铁电衬底呈现可能的实现实质上更小的纳米团簇与热稳定的磁化。对于团簇大小的估计，我们进行计算与铁电钛酸钡基板上的铁纳米粒子的现实材料参数。我们发现，转向极化的钛酸钡与电场影响的磁性沉积的磁性团簇。这些发现指出了一种新的超顺磁性复合材料。
2013-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dependence of strength of spin-orbit interaction on polarity of interface
该研究通过对100多个纳米磁体的测量，发现自旋轨道耦合强度随界面极性变化，磁各向异性与自旋轨道耦合的磁化反转变化呈负斜率线性关系，还存在影响磁各向异性的未知效应，揭示了纳米磁行为的复杂性。
2024-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
