Nanoscale imaging of equilibrium quantum Hall edge currents and of the magnetic monopole response in graphene
最近预测的拓扑磁电效应和响应的电荷，模仿一个诱导的镜像磁共振是基本属性的拓扑状态的时间反转对称性破缺的物质。使用SQUID尖端，同时作为一个可调的扫描电荷和超灵敏的纳米级磁强计，我们诱导和直接成像的微观电流产生的磁共振响应在石墨烯量子霍尔电子系统。我们发现了一个丰富而复杂的非线性行为所支配的共存的拓扑和非拓扑平衡电流，是没有捕捉到的duplex模型。此外，通过利用音叉，诱导纳米级振动的SQUID的尖端，我们直接图像的单个量子霍尔边缘状态的平衡电流的第一次。我们发现，边缘状态，通常被假定为只携带一个手性下游电流，实际上携带一对反向传播的电流，在不可压缩区域中的拓扑下游电流总是由迄今为止未观察到的非拓扑上游电流在相邻的可压缩区域流动抵消。对向传播的平衡态轨道电流的复杂模式为量子霍尔系统中拓扑和非拓扑电荷和能量流的微观起源提供了新的见解。
2019-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Magnetic domain-wall motion twisted by nanoscale probe-induced spin transfer
对于新一代自旋电子器件和磁电子器件，非常需要一种使用电激励来确定性地控制磁序参量的方法。通过连续注入自旋极化电流到磁性纳米结构中来控制磁畴壁的运动，这方面的研究已经取得了很大的进展。然而，107~108 A/cm 2的高阈值电流密度阻碍了这些纳米结构与低能耗技术的集成。此外，在人工制造的纳米结构中，在纳米尺度上精确确定畴壁的位置似乎是困难的。在这里，我们报告了一种方法来操纵一个单一的磁畴壁垂直各向异性的锰氧化物/电介质/金属电容器使用探针诱导的自旋位移。在0.1 V的超低电压下，纳米级磁化针尖向电容器中注入自旋时，强关联的锰氧化物薄膜中发生自旋角动量转移矩，针尖/锰氧化物界面处的阈值自旋极化电流密度约为104 A/cm 2.在电容器中的探针电压控制的畴壁运动演示了一个关键的框架的基本理解的低能耗的纳米磁体系统的操作。
2014-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Batch-fabricated cantilever probes with electrical shielding for nanoscale dielectric and conductivity imaging
本文介绍了一种用于扫描微波阻抗显微镜的电屏蔽悬臂梁探针的设计和制作。定义电分辨率的尖端顶点的直径小于50 nm。带状线的宽度和绝缘层的厚度针对小串联电阻（< 5 W）和小背景电容（~ 1 pF）进行了优化，这两者对于各种样品的高灵敏度成像至关重要。同轴屏蔽确保只有探针尖端与样品相互作用。悬臂梁的结构被设计成对称的，以平衡不同层的应力和热膨胀，使得悬臂梁在可变温度下保持平直。这种屏蔽悬臂梁探针在晶圆级生产将促进纳米电介质和电导率成像的巨大应用。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nanoscale Electric Phenomena at Oxide Surfaces and Interfaces by Scanning Probe Microscopy
扫描探针显微镜用于研究和量化两类氧化物系统中的纳米级电学现象，即电活性晶界处的输运和铁电材料的表面行为。结合传统SPM的空间分辨率和常规电学测量的精度，发展了扫描阻抗显微镜（SEM）来研究界面的电容和局部C-V特性。SPM的SrTiO 3晶界结合变温阻抗谱和I-V测量允许找到和理论上证明电场抑制钛酸锶中的电活性界面附近的介电常数的影响。类似的方法被用来研究铁电性能和交流和直流输运行为在一些多晶氧化物。第二部分研究了局域电荷密度对铁电表面化学和物理性质的影响。用变温SPM法测定了吸附的动力学和热力学参数。压电响应力显微镜用于铁电表面上的畴图案的工程。铁电表面的局域光化学活性是一种新的制备金属纳米结构的工具。
2002-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale spatial resolution probes for Scanning Thermal Microscopy of solid state materials
扫描热显微镜（SThM）使用集成在具有纳米级尖端的力感测悬臂中的微机械热传感器，对于探索纳米级半导体器件的热管理非常有用。以及相关材料的表面性质的映射。尽管SThM能够以纳米级分辨率对外部产生的热成像，但其映射和测量材料的热导率的能力主要限于具有0.1至1 W/mK范围内的低热导率的聚合物或类似材料，横向分辨率为1 \mum的量级。在本文中，我们使用相关的实验和理论方法来分析热性能和灵敏度的微加工SThM探针，以扩大其适用范围更广泛的纳米结构，从聚合物到半导体和金属。我们开发了这些探针中相互关联的热和电现象的物理模型，然后使用真实探针的实验测量来验证这些模型，这为分析SThM在纳米结构探索中的性能提供了基础。然后，我们的研究突出了这些探头的关键功能，即，相对于探头顶点的热传感器的几何位置，热传导的探头的支持基地，热传导到周围的气体，和尖端材料的热传导邻近的顶点。它还允许我们提出一种SThM探针的新设计，其结合了位于探针顶点附近的碳纳米管（CNT）或类似的高导热性石墨烯片材料。新的传感器预计将提供空间分辨率的纳米结构的热性能在几十纳米的顺序，以及扩大的灵敏度的SThM探头的材料与热导率值高达100-1000 W/mK。
2012-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Spin driven emergent antiferromagnetism and metal insulator transition in nanoscale p-Si
特别是在薄膜、表面和界面中，电荷、自旋和轨道自由度的纠缠可以引起涌现行为。通常，表现出这些性质的材料需要大的自旋轨道耦合。我们假设，涌现的行为也可以发生由于自旋，电子和声子相互作用，在广泛研究的简单材料，如硅。也就是说，大的内在自旋轨道耦合不是涌现行为的基本要求。中心假设是当样品的尺寸之一是相同的顺序（或更小）的自旋扩散长度，然后非平衡自旋积累由于自旋注入或自旋霍尔效应（SHE）将导致出现在非铁磁半导体相变。在本实验工作中，我们报道了Pd（1 nm）/Ni_（81）Fe_（19）（25 nm）/MgO（1 nm）/p-Si（~400 nm）薄膜样品中自旋介导的突现反铁磁性和金属绝缘体相变。通过Rashba自旋-轨道耦合介导的自旋-霍尔磁电阻行为观察到p-Si中的自旋-霍尔效应，提出自旋积累和由此产生的涌现行为的原因。从纵向三次谐波电压的发散行为中发现了相变的相变现象，它与热导率和热容有关。
2017-12-30 cond-mat.mes-hall 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
Nanoscale magnetic field mapping with a single spin scanning probe magnetometer
我们展示了定量磁场映射与纳米级分辨率，通过施加锁定技术上的电子自旋共振频率的一个单一的氮空位缺陷放置在顶点的原子力显微镜针尖。此外，我们还报道了一种对大离轴磁场敏感的全光磁成像技术，从而扩展了金刚石基磁测量的操作范围。这两种技术都说明了使用磁硬盘作为测试样本。由于磁探针的非微扰和定量性质，这项工作应该在纳米磁学和自旋电子学中开辟许多前景。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall
Nanoscale resolution scanning thermal microscopy with thermally conductive nanowire probes
扫描热显微镜（SThM）-一种扫描探针显微镜，允许映射纳米器件中的热传输和温度，正在成为一种关键方法，可能有助于解决现代处理器中的散热问题，并开发新的热电材料。不幸的是，当前SThM实施方式在测量高热导率材料中的性能仍然有限。这些限制的原因是双重的，首先，SThM测量的高热导率材料需要足够高的探头顶端的热导率，其次，探头和样品之间的热接触的质量变得强烈影响的纳米级表面波纹的研究样品。在本文中，我们开发的SThM方法，可以解决这些复杂的问题的分析模型-通过探索高热导率纳米线作为尖端顶点，并探讨SThM探针和研究表面之间的接触电阻，后者变得特别重要时，尖端和表面都具有高热导率。我们开发的分析模型支持的有限元分析模拟和实验测试的SThM原型使用碳纳米管（CNT）在尖端顶点作为导热纳米线。这些结果阐明了从一侧的SThM探头的性能和从另一侧的热导率，探头的几何形状和其组件之间的重要关系，为克服当前的SThM的限制提供了途径。
2013-09-08 cond-mat.mes-hall
Simultaneous nanoscale imaging of local conductivity and chemical potential in a quantum Hall isospin ferromagnet
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；School of Physics and Technology, Wuhan University（武汉大学物理科学与技术学院）；Key Laboratory for Quantum Materials of Zhejiang Province, Department of Physics, School of Science, Westlake University（西湖大学理学院物理学系浙江省量子材料重点实验室）；Key Laboratory of Quantum State Construction and Manipulation (Ministry of Education), School of Physics, Renmin University of China（中国人民大学物理学院量子态构建与操控教育部重点实验室）；Department of Physics and Astronomy, University of Manchester（曼彻斯特大学物理与天文学系）
提出扫描电导和化学势显微镜（SCCM），结合扫描微波阻抗显微镜和开尔文探针力显微镜，在双层石墨烯中同时映射量子霍尔态的局域电导和化学势，揭示了边缘扭转双双层石墨烯中量子霍尔同位旋铁磁态的级联和重现行为，并构建了完整的量子霍尔相图。
2026-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Intrinsic topological spin probes for electrical imaging of nanoscale energy landscapes
Brown University（布朗大学）
该研究提出了一种内在磁学显微镜方法，利用拓扑自旋纹理作为移动探针，直接映射多层器件内部的能量景观，并实现了对钉扎结构的定量工程。
2026-03-01 cond-mat.mes-hall
Imaging thermal conductivity with nanoscale resolution using a scanning spin probe
探测材料中纳米级热流的能力通常受到缺乏空间分辨率的限制。在这里，我们使用一个金刚石的主持氮空位中心连接到一个硅热尖的顶点作为局部温度传感器。我们施加电流来加热尖端，并依靠NV来监测尖端与不同导热率的表面接触时所经历的热变化。借助相结合的AFM/共聚焦设置，我们的图像幻影微观结构与纳米级分辨率，并达到良好的协议之间的热导率和地形图。小质量和高热导率的金刚石主机，使我们的技术的时间响应短，我们证明了通过监测应用热脉冲后的尖端温度。我们的方法承诺多个应用，从纳米结构中的声子动力学的调查，在各种固态系统中的异质相变和化学反应的表征。
2015-11-21 cond-mat.mes-hall
Fabrication of all diamond scanning probes for nanoscale magnetometry
金刚石中的氮空位（NV）中心的电子自旋形成原子大小的、高灵敏度的磁场传感器。为了利用单个NV中心的全部潜力以用于以高灵敏度和纳米级空间分辨率进行感测，NV中心必须被并入扫描探针结构中，使得能够在靠近样品表面处进行受控扫描。在这里，我们提出了一个优化的程序来制造单晶，全金刚石扫描探针从市售的金刚石，并显示了一个高效和强大的方法，将这些设备集成在一个通用的原子力显微镜。我们的扫描探针由扫描纳米柱（直径200 nm，$1-2\,μ$ m长）和薄（$< 1μ$ m）悬臂梁结构组成，能够从金刚石中高效提取光，并具有高磁场灵敏度（$\mathrm{η_{AC}}\approx50\pm20\,\mathrm{nT}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$）。作为我们的扫描探针的第一个应用程序，我们图像的磁杂散场的一个单一的镍纳米棒。我们表明，这种杂散场可以近似为一个单一的偶极子和估计的NV到样品的距离为几十纳米，这设置了我们的扫描探头可实现的分辨率。
2016-03-31 cond-mat.mes-hall
Nanoscale electromechanical resonators as probes of the charge density wave transition in NbSe$_2$
我们研究了由NbSe $_2$（厚度$\sim$ 30-50 nm）悬浮薄片制成的纳米机电谐振器，以探测纳米级的电荷密度波（CDW）物理。随着CDW相变（约30 K）的弹性和电子性质的变化进行了研究，同时使用自感知外差混频器的设备。观察到弹性模量的变化为10%，这一数量明显大于先前在块状晶体的情况下报道的数量。我们还研究了电场效应对电导的调制，并考察了它与费米面的序参量和CDW能隙的关系。
2010-04-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Direct Observation of Infrared Plasmonic Fano Antiresonances by a Nanoscale Electron Probe
University of Washington（华盛顿大学）；University of Notre Dame（圣母大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；University of Tennessee, Knoxville（田纳西大学）
利用高分辨STEM技术，研究了单个纳米结构盘-杆双体中的红外等离子体法诺反共振，展示了电子能损谱与理论建模结合的方法及其在纳米等离子体响应观测中的能力。
2019-09-25 cond-mat.mes-hall
Sense current dependent coercivity and magnetization relaxation in Gd-Fe-Co Hall bar
了解不同环境下磁性层的特性对任何自旋电子学应用都至关重要。在实际应用之前，必须对这些装置进行彻底的审查。在这里，我们研究了这样一个潜在的霍尔器件MgO帽Hf/GdFeCo双层（FeCo丰富）的磁化弛豫周围的成核场在不同的电压探针线宽和直流传感电流。该设备的特点是异常霍尔测量在横向和纵向霍尔几何形状为两个不同的探头宽度A（5微米）和B（1微米）。霍尔环路（\r{ho} xy-H和Rxx-H）的电阻率随着两个探针的检测电流的增加而下降。对于探针B，观察到在相对较低的感测电流下的极化率（\r{ho} xy-H环）的急剧且大的下降，这归因于由图案化过程引起的可忽略的电流分流和B处的钉扎位点的存在。从横向和纵向霍尔几何磁化弛豫测量中发现，探针B在不同感测电流下的平均畴壁速度小于探针A，这与探针B处的钉扎位点和焦耳热效应一致。图形中的缺口位置和纵向霍尔电阻曲线峰形表明了电流通道中畴壁从探针B向探针A的传播方向。这项研究突出了在不同的成核场，传感电流，和霍尔探针的纵横比的畴壁传播。
2020-11-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional nanoscale imaging of gadolinium spins via scanning probe relaxometry with a single spin in diamond
用顺磁离子标记分子的自旋是确定分子结构的一种重要方法，然而目前的系综技术缺乏检测少数孤立自旋的灵敏度。在这封信中，我们展示了二维纳米成像的顺磁性钆化合物使用扫描弛豫法的一个单一的氮空位（NV）中心的钻石。附着于原子力显微镜尖端的钆喷酸葡胺可控地与NV中心相互作用并由NV中心检测，这是由于NV在由钆中的电子自旋翻转产生的波动磁场中表现出快速弛豫的事实。使用这种技术，我们证明了NV中心的$T_1$弛豫时间减少了两个数量级以上，探测的空间分辨率为20 nm。我们的研究结果显示了该技术的可行性，用于对附着在复杂纳米结构或生物分子上的单个自旋进行成像，以及研究孤立自旋的磁动力学。
2014-09-08 cond-mat.mes-hall
Nanoscale resolution immersion scanning thermal microscopy
纳米级热性能对于在几十纳米的长度尺度上耗散增加的功率的现代电子电路以及对于使用纳米级尺寸特征的化学和物理性能传感器和生物传感器变得极其重要。虽然扫描热显微镜（SThM）以其探测热特性和纳米级分辨率的热生成的能力而闻名，但直到今天，由于微型热探针和周围液体之间的主要直接热交换会降低空间分辨率，因此人们认为不可能在液体环境中使用它。尽管如此，我们对液体中的SThM的理论分析表明，对于具有位于探针尖端附近的电阻加热器的SThM探针的某些设计，它们的热信号仅受到中度影响，在十二烷环境中浸没不到一半。更重要的是，它的空间分辨率，令人惊讶的是，将保持实际上不受影响，和尖端顶点和研究的样品之间的热接触将得到有益的改善。我们的实验试验，这样的浸没SThM，或iSThM，是完全成功的，在这里，我们报告的第一次纳米SThM测量的超大规模集成聚合物陶瓷金属互连的热导率的空间热分辨率下降到50 nm。对iSThM中纳米级石墨薄片中的热传输的进一步研究特别表明，石墨烯层中的高度各向异性热导率可能在液体环境中的纳米级热传输中起重要作用。新型iSThM开启了广泛的应用，从半导体器件热传输的非接触式测量到探索石墨烯储能、催化反应和生物系统中的热生成。
2013-06-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
(111)-oriented, single crystal diamond tips for nanoscale scanning probe imaging of out-of-plane magnetic fields
本文提出了一种用于（111）取向金刚石材料的氮空位（NV）磁扫描的全金刚石扫描探针。所实现的扫描探针尖端平均包含单个NV自旋，其中四分之一的自旋量子化轴平行于尖端方向对齐。这种尖端能够实现具有纳米级分辨率的单轴矢量磁场成像，其中测量轴垂直于扫描平面定向。我们讨论了这些提示如何为NV磁力测量带来多种实际优势，特别是关于所得数据的定量分析。我们进一步证明了沿尖端方向取向的NV的有益光学性质，例如偏振不敏感激发，这简化了NV磁力测量所需的光学设置。我们的研究结果将是有影响力的扫描NV磁强计在一般和自旋电子学的应用，特别是薄膜磁体的调查。
2019-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Dipolar Fields in Artificial Spin Ice Probed by Scanning NV Magnetometry
RPTU University Kaiserslautern-Landau, Department of Physics and State Research Center OPTIMAS（凯泽斯劳滕-兰道工业大学物理系及OPTIMAS州立研究中心）；Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science, Binghamton University（宾汉姆顿大学托马斯·J·沃森工程与应用科学学院）；Department of Physics & Astronomy, University of Delaware（特拉华大学物理与天文学系）
本文利用扫描NV磁强计研究不同晶格常数的人工自旋冰，通过荧光猝灭成像和cODMR结合微磁建模，揭示了晶格常数对偶极耦合场和冰规则违反的影响，为磁振子学与自旋电子学器件设计提供依据。
2026-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Resolving Local Electrochemistry at the Nanoscale via Electrochemical Strain Microscopy: Modeling and Experiments
电化学是各种能量转换和存储系统中的基本机制，并且众所周知，活性界面附近的电化学材料的组成、结构和性质通常显著且不均匀地偏离本体性质。电化学系统的发展面临的一个普遍挑战是我们缺乏对局部长度尺度的物理和化学速率的理解，而最近开发的电化学应变显微镜（ESM）提供了一种有前途的方法来探测有关潜在电化学机制的关键局部信息。在这里，我们开发了一个计算模型，耦合相关的ESM实验的力学和电化学，其目标是使电化学过程下的带电扫描探针的定量分析。我们表明，该模型捕捉到了一些不同的ESM实验的本质，使得它可以通过结合ESM映射，光谱和弛豫研究去卷积局部离子浓度和扩散率。通过ESM实验和计算的结合，可以深入了解纳米尺度下的局部电化学。
2018-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Subcritical switching dynamics and humidity effects in nanoscale studies of domain growth in ferroelectric thin films
利用偏压扫描探针显微镜研究了c轴取向外延Pb（Zr $_{0.2}$ Ti $_{0.8}$）O $_3$薄膜的铁电畴反转。虽然线性和对数依赖的域大小的尖端偏置和写入时间，分别是众所周知的，我们报告了一个额外的线性依赖相对湿度在28-65%的范围内。我们映射出的开关域的大小作为一个函数的尖端偏置和施加的脉冲时间，并描述了一个生长限制制度非常短的脉冲和成核限制制度非常低的尖端偏置。使用“中断开关”的测量，我们探测的成核制度与亚临界脉冲，并确定了一个令人惊讶的长弛豫时间的顺序为100毫秒，我们涉及到离子的重新分配的表面上和薄膜本身内。
2015-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scanned probe imaging of nanoscale magnetism at cryogenic temperatures with a single-spin quantum sensor
本文提出将金刚石氮-空位单自旋量子传感器的扫描磁成像能力从室温扩展到6 K低温，实现6 nm空间分辨率和3 μT/√Hz灵敏度，并成功对铁磷族超导体中的涡旋进行成像，为研究低温纳米尺度磁性提供了新手段。
2015-10-09 cond-mat.mes-hall
Scanning probe microscopy with chemical contrast by nanoscale nuclear magnetic resonance
扫描探针显微镜是最通用的窗口之一，进入世界，提供成像访问各种样品的属性，这取决于所采用的探针。隧道探针映射样品的电子特性，磁性和光子探针成像其磁性和介电结构，而尖锐的尖端探针的机械特性，如表面形貌，摩擦或刚度。然而，大多数这些可观测的数据只有在有限的情况下才能获得。例如，电子特性只能在导电样品上测量，而原子分辨率力显微镜需要在真空或液体环境中仔细制备样品。在这里，我们展示了一种扫描探针成像方法，该方法将可访问量的范围扩展到在环境条件下对任意样品（包括绝缘材料）进行操作的化学物质的无标记成像。此外，它还提供三维深度信息，从而揭示地下特征。我们实现了这些结果记录核磁共振信号从样品表面与最近推出的扫描探针，一个单一的氮空位中心的金刚石。我们展示了10 nm分辨率的NMR成像，并通过将氟与富氢区域分离来实现化学特异性对比。我们的结果打开了大门，扫描探针成像的化学成分和原子结构的任意样品。具有这些能力的方法将在材料科学中找到广泛的应用，甚至在生物样品上，甚至在单个大分子的水平上。
2014-06-12 cond-mat.mes-hall
The spin Hall effect as a probe of nonlinear spin fluctuations
自旋霍尔效应及其逆效应在自旋电子器件中起着关键作用，因为它们允许电荷电流与自旋电流的转换。转换效率很大程度上取决于材料的细节，例如电子能带结构和杂质的性质。在这里，我们显示了一个异常的反自旋霍尔效应在弱铁磁NiPd合金的居里温度附近的形状独立的材料的细节，如Ni浓度。通过扩展近藤的反常霍尔效应模型，我们解释了所观察到的反常起源于Ni矩的二阶非线性自旋涨落。这揭示了自旋霍尔效应和反常霍尔效应之间的一个本质的对称性差异，反常霍尔效应反映了局域矩的一阶非线性涨落。我们的发现为自旋霍尔效应开辟了一个新的应用领域，通过这种效应可以检测到微小的磁矩。
2012-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin transfer torque devices utilizing the giant spin Hall effect of tungsten
本文报道了β-W薄膜中的巨自旋霍尔效应。利用自旋矩诱导的β-W/CoFeB双层微带铁磁共振，我们确定了自旋霍尔角为|θ| =0.30 \pm 0.02，大到足以使面内电流有效地反转与薄β-W层相邻的纳米级磁性隧道结的面内磁化CoFeB自由层的取向。根据用这种三端器件获得的开关数据，我们独立地确定|θ| =0.33 \pm 0.06。我们还报告了自旋霍尔开关效率的变化与W层的不同折射率，因此可变（α和β）相组成。
2012-08-08 cond-mat.mes-hall 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
Quantized Anomalous Hall Insulator in a Nanopatterned Two-Dimensional Electron Gas
我们提出了一种量子反常霍尔绝缘体（QAHI）可以实现在纳米图案化的二维电子气（2DEG）与小的面内磁场和高的载流子密度。Berry曲率源于面内磁场和Rashba和Dresselhaus自旋轨道耦合，结合纳米蜂窝晶格势调制，导致拓扑非平凡的绝缘状态在2DEG没有朗道能级。在体绝缘间隙中，异常霍尔电导率被量子化为$-e^{2}/h$，对应于有限的陈数-1。在有限大小的二维电子气的每一个边上都存在一个无带隙的手征边态。
2011-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A robust, scanning quantum system for nanoscale sensing and imaging
可控的原子尺度量子系统作为纳米成像和计量学的敏感工具具有巨大的潜力。可能的应用范围从纳米级电场和磁场传感到单光子显微镜、量子信息处理和生物成像。这种方案的核心是能够扫描和准确定位感兴趣样品的几纳米内的鲁棒传感器，同时保持传感器的量子相干性和读出保真度。这些组合的要求对于依赖于将单个固态量子系统或单分子直接接枝到扫描探针尖端上的所有现有方法来说仍然是一个挑战。在这里，我们展示了一个强大的和隔离的原子级量子传感器的扫描探针显微镜的制造和室温操作。具体来说，我们采用了高纯度，单晶金刚石纳米柱探针含有一个单一的氮空位（NV）的颜色中心。我们通过进行定量纳米级磁场成像和近场单光子荧光淬灭显微镜来说明我们的扫描NV传感器的多功能性和性能。在这两种情况下，我们获得的成像分辨率在20 nm的范围内和灵敏度前所未有的扫描量子探针显微镜。
2011-08-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Linear Magnetoresistance as a Probe of the Neel Vector in Altermagnets with Vanishing Anomalous Hall Effect
Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）
研究通过线性磁电阻揭示Altermagnets中Neel向量，即使异常霍尔效应消失，利用 semiclassical 理论和第一性原理计算验证其普遍性。
2026-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast and Nanoscale Plasmonic Phenomena in Exfoliated Graphene Revealed by Infrared Pump-Probe Nanoscopy
抽运-探测光谱是探索基本激发、集体模式和能量转移过程的超快动力学的核心。通常使用传统的衍射限制光学进行，泵浦-探测实验固有地对局部化学、成分和电子不均匀性进行平均。在这里，我们规避这一缺陷，并介绍泵浦探测红外光谱与~20 nm的空间分辨率，远低于衍射极限，这是使用散射扫描近场光学显微镜（S-SNOM）完成。这种技术使我们能够在技术上显著的中红外（MIR）频率下研究SiO2上的剥离石墨烯单层，其中局部光学电导率通过经由s-SNOM尖端的表面等离子体激元的激发而变得实验上可访问。在近红外（NIR）频率下的光泵浦促使200飞秒（fs）时间尺度上的等离子体行为发生明显变化。泵诱导的，增强的等离子体响应的起源被确定为有效电子温度增加到几千开尔文，直接从与等离子体共振相关的Drude重量推导。
2014-02-24 cond-mat.mes-hall
Nanoscale Bandgap Tuning across an Inhomogeneous Ferroelectric Interface
我们报告纳米级的带隙工程通过一个局部应变的非均匀的铁电界面，这是由可见光激发的探测电压控制。研究了开关光伏效应和光电流的光谱响应，以说明可逆的带隙变化（~0.3eV）。这种局部应变工程的带隙已进一步揭示了原位探针电压辅助价电子能量损失谱（EELS）。相场模拟和第一性原理计算也被用于说明大的局部应变和带隙变化的铁电钙钛矿氧化物。这种可逆的带隙调谐在复杂的氧化物演示了一个框架的理解opticallyrelated行为（光伏，光电发射，光催化剂效应）的影响序参量，如电荷，轨道和晶格参数。
2017-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic domains and domain wall pinning in two-dimensional ferromagnets revealed by nanoscale imaging
磁畴结构和动力学在理解和控制二维磁体的磁性方面起着重要作用，这对基础研究和应用都很有意义[1-5]。然而，基于自旋相关的光学磁导率[1，2，6]和电导率[7-10]的探针方法既不能提供磁化强度的定量信息，也不能实现纳米级的空间分辨率。这些能力对于成像和理解磁畴的丰富特性至关重要。在这里，我们采用低温扫描磁强计使用单电子自旋的氮空位中心的金刚石探针，明确地证明了磁畴的存在，并研究它们的动力学在原子薄CrBr $_3$。该技术的高空间分辨率使得能够对磁畴进行成像，并且允许分辨被缺陷钉扎的畴壁。通过控制双层CrBr $_3$的磁畴演化，我们发现钉扎效应是主要的磁化机制，其饱和磁化强度约为26~ $μ_B$ /$^2$.通过微磁学模拟验证了磁畴结构和钉扎效应主导的磁畴反转过程。我们的工作突出了扫描氮空位中心磁强计作为一种定量探针，探索在纳米尺度上的二维磁性。
2020-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanoscale sensing of spatial correlations in nonequilibrium current noise
Princeton University（普林斯顿大学）
本文开发了一个计算Boltzmann区域中非平衡电流噪声时空相关性的框架，应用于电流偏置稳态下的二维金属，揭示了噪声空间结构能反映电子分布函数的非平衡特性及输运激发态的性质与寿命，并估计了近期实验中的可见度。
2026-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Driving denaturation: Nanoscale thermal transport as a probe of DNA melting
DNA变性由于其与DNA转录的关系及其作为非线性结构转变的基本重要性而长期以来一直是深入研究的主题。然而，对这一现象的许多方面仍然知之甚少。现有的模型拟合得很好，与实验结果的分数与温度的未结合的碱基对。然而，这些相同的模型对其他基本量给出了不正确的结果。例如，预测的碱基对波动时间尺度-与转录相关-与实验观察到的数量级不同。在这里，我们表明，纳米级的热传输可以作为一个敏感的探针的基本微观机制负责的动态DNA变性。具体来说，我们表明，DNA的热传输特性发生显着和突然改变，因为它变性，这种改变编码的详细信息的动力学的热波动及其相互作用沿链。这一发现允许明确区分DNA变性模型。因此，测量热导率将使人们对这种重要分子的性质有新的了解。
2011-05-18 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph
Effect of air confinement on thermal contact resistance in nanoscale heat transfer
我们在此报告的压力依赖于Wollaston线热探头和样品之间的接触热阻（Rc）的分析模型的框架内进行评估。本文研究了在1 Pa ~ 10 e5 Pa的不同气压下，Wollaston丝热探针与纳米尺度样品之间的热传递。我们利用扫描热显微镜（SThM）的热分析两个样品，熔融石英（SiO2）和钛（Ti），具有不同的热导率。记录热探针的输出电压差（Δ V），该输出电压差在离接触输出电压（Voc）和接触输出电压（Vic）之间。结果表明，随着空气压力的增加，传热量增加，导热系数越高，传热量越大。我们还提出了一个分析模型的基础上归一化的输出电压差，以提取探针样品的接触热阻。在~1.8e7 K/W ~14.3e7 K/W范围内的Rc值验证了所提出的分析模型。进一步的分析表明，探针和样品之间的接触热阻随着空气压力的增加而减小。这种行为被解释为通过封闭空气的热传递对接触热阻的贡献。此外，在热失配行为的背景下，也证明了Rc的签名，这是通过使用声学失配模型（AMM）和扩散失配模型（DMM）的研究。
2017-10-26 cond-mat.mes-hall
Nanoscale wireframe SQUID on a cantilever by corner lithography
University of Twente（特温特大学）
通过角落光刻技术在悬臂顶端制作纳米级SQUID，实现可调磁通量调节和高磁场操作能力。
2026-01-16 cond-mat.mes-hall
Measurements of Nanoscale Domain Wall Flexing in a Ferromagnetic Thin Film
我们利用铁磁半导体Ga 1-xMnxAs中的反常霍尔效应的高空间灵敏度，结合磁光克尔效应，来探测铁磁薄膜中单个磁畴壁的纳米尺度弹性挠曲行为。我们的技术允许对钉扎位点密度进行位置敏感的表征，我们估计钉扎位点密度约为10^14 cm^{-3}。单网站脱钉事件和它们的温度依赖性的分析产生钉扎网站的力量（10 pN范围），以及热失活能量的估计。最后，我们的数据暗示在一个更高的本征畴壁迁移率弯曲比以前观察到的光学探测微米尺度测量。
2011-03-27 cond-mat.mes-hall
A Scanning Hall Probe Microscope for high resolution, large area, variable height Magnetic Field Imaging
我们提出了一种在环境条件下工作的扫描霍尔探针显微镜。该显微镜的独特功能之一是使用相同的步进电机进行样品定位和扫描，这使得它可以在x和y方向上具有大的扫描范围（几mm），扫描分辨率为0.1 $μ$ m。已经实施了协议，以使扫描在不同的高度从样品表面。z范围为35 mm。已经开发出尺寸为1-5 $μ$ m的微结构霍尔探针。最小探针-样品距离\textless{} 2 $μ$ m已获得通过组合的新的霍尔探针和探针-样品距离调节使用音叉为基础的力检测技术。该系统还能够记录本地B（z）分布。我们讨论了应用显微镜的微磁体阵列的研究正在开发的应用程序在微系统。* gorky.shaw @ ulg.ac.be.;现住址：
2016-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Planar scanning probe microscopy enables vector magnetic field imaging at the nanoscale
University of Rostock（罗斯托克大学）；Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics（弗劳恩霍夫应用固态物理研究所）；Walther-Meißner-Institut, Bayerische Akademie der Wissenschaften（瓦尔特-迈斯纳研究所，巴伐利亚科学院）；Technical University of Munich（慕尼黑工业大学）
利用NV中心实现薄 films 磁性异质结构中磁涡的三维矢量磁场成像，无需样品侧纳米级微加工。
2024-09-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Overlapping Top Gate Electrodes based on Low Temperature Atomic Layer Deposition for Nanoscale Ambipolar Lateral Junctions
本文提出基于低温ALD氧化铪的重叠顶栅电极，以替代背栅/顶栅和分裂栅方案，并在碲化汞霍尔棒器件中用于研究不同量子霍尔态的相互作用。
2024-04-10 cond-mat.mes-hall
Dual-probe spectroscopic fingerprints of defects in graphene
实验技术的最新进展强调了多扫描探针技术在分析纳米样品时的有用性。在这里，我们从理论上分析了双探针设置，探针间距在纳米范围内，即，在低温下可以观察到量子相干性效应的情况下。在双探针设置中，电子在一个探针处注入并在另一个探针处收集。测量的电导反映了纳米尺度上的局部输运性质，从而产生与标准单探针设置（局部态密度）所获得的信息互补的信息。在这项工作中，我们开发了一个真正的空间格林函数方法来计算电导。这需要标准计算方案的扩展，标准计算方案通常解决探针之间的有限样本。相比之下，所开发的方法没有对样本量进行假设（例如，延伸的石墨烯片）。应用这种方法，我们研究了原始石墨烯片中的输运各向异性，并分析了单点缺陷（如空位和吸附原子）周围的量子干涉所产生的光谱指纹。此外，我们证明了双探针设置是一个有用的工具，用于表征扩展的缺陷或设计的纳米结构的电子输运性质。特别是，我们表明，纳米级的穿孔，或antidots，在石墨烯片显示Fano型共振与穿孔的边缘几何形状的强烈依赖。
2014-05-02 cond-mat.mes-hall
Nonlinear anomalous Hall effects probe topological phase-transitions in twisted double bilayer graphene
非线性反常霍尔效应是指在纵向电场或温度梯度作用下，由Berry曲率偶极子感应的二阶霍尔电压或温度差。这些是时间反演对称系统中突出的霍尔响应。在这里，我们研究了扭曲双层石墨烯莫尔系统中的二阶非线性异常霍尔效应家族，即电、热电和热非线性霍尔效应。我们证明了非线性反常霍尔信号可以用来探测由垂直电场引起的莫尔系统中的拓扑相变。具体来说，我们表明，整个家庭的非线性异常霍尔响应进行了跨拓扑相变的符号反转。
2022-05-30 cond-mat.mes-hall
Experimental set-up for thermal measurements at the nanoscale using an SThM probe with niobium nitride thermometer
本文提出一种搭载高灵敏度氮化铌温度计的高真空扫描热显微镜实验装置，利用3$ω$方法在真空下测定探针热导与热时间常数，并通过蓝宝石样品接触测量验证其纳米尺度热测量性能。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Impact of invasive metal probes on Hall measurements in semiconductor nanostructures
自下而上生长的最新进展正在产生一系列新的二维纳米结构。霍尔效应测量在它们的电学特性中起着重要的作用。然而，尺寸限制可能导致器件几何形状显著偏离具有无电流触点的细长霍尔条的理想形状。使用这些新材料的许多器件具有低纵横比，并具有与半导体沟道重叠的金属霍尔探针。这可能导致电流的显著失真。我们目前的实验数据从InAs二维纳米鳍器件与不同的霍尔探针的几何形状，研究霍尔探针的长度和宽度的影响。我们使用有限元模拟来进一步了解这些方面的影响，并将范围扩大到接触电阻和样本纵横比。我们的关键发现是，侵入式探头导致测量的霍尔电压显著低估，通常为40- 80%。这反过来又导致随后成比例地高估载流子浓度和低估迁移率
2020-10-19 cond-mat.mes-hall
Coupled-wire descriptions of unconventional quantum states in twisted nanostructures
Institute of Physics, Academia Sinica（中央研究院物理研究所）；National Center for Theoretical Sciences（国家理论科学中心）；Department of Electronics and Electrical Engineering, National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学电子电气工程学系）
本文探讨了在纳米尺度系统中耦合线描述的发展，展示了其作为理论工具和可调物理平台的作用，能够实现对超导、电荷密度波、自旋密度波等多种非常规物质态的调控，并揭示了拓扑、强关联和低维物理的相互作用。
2026-05-21 cond-mat.mes-hall
Characterizing two-dimensional superconductivity via nanoscale noise magnetometry with single-spin qubits
我们提出了通过孤立的单自旋量子比特作为二维材料中的超导性的探针的纳米磁性。我们表征了量子位位置处的磁场噪声，该噪声由样品中的电流和自旋波动引起，并导致量子位的可测量的极化衰减。我们表明，由于横向电流波动研究作为温度和样品-探针距离的函数的噪声可以用来提取有用的信息的超导相的过渡和超导体的配对对称性。令人惊讶的是，在低温下，磁噪声的主要贡献来自纵向电流波动，并可用于探测集体模式，如单层等离子体和双层约瑟夫森等离子体。我们还描述了由于自旋波动的噪声，这使得探测的自旋结构的配对波函数。我们的研究结果提供了一个非侵入性的途径来探测二维超导体的丰富的物理。
2022-01-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
New geometries for high spatial resolution hall probes
通过扫描传感器表面上方的磁化针尖同时记录形貌和霍尔电压，研究了对称和非对称平面霍尔效应器件的霍尔响应函数。霍尔传感器的几何形状是使用聚焦离子束定制的，有标准对称和新的非对称几何形状。通过这种技术，我们能够将单个电压探针减小到比其他器件尺寸小20倍的狭窄收缩。我们表明，响应函数的峰值以上的收缩，与数值模拟。研究结果提出了一种新的方式来图案霍尔传感器，以提高空间分辨率。
2002-10-23 cond-mat.mes-hall
Switching noise as a probe of statistics in the fractional quantum Hall effect
我们提出了一个实验，通过测量电流噪声来探测分数量子霍尔态准粒子的非常规量子统计。我们考虑的几何形状是一个霍尔酒吧，其中两个量子点接触引入两个干扰振幅的背散射。封闭在两个点接触之间的准粒子数量的热涨落引入电流噪声，这反映了准粒子的统计。我们分析了阿贝尔$ν=1/q$状态和非阿贝尔$ν=5/2$状态。
2006-02-27 cond-mat.mes-hall
Dynamics of the fractional quantum Hall edge probed by stroboscope measurements of trions
利用泵浦-探测频闪共焦显微镜和光谱学的观测结果，我们证明了三电子的动力学和分数量子霍尔边缘的数量级为$\sim1$ ps。由电压脉冲激发的量子霍尔边缘态的传播被检测为由与电压脉冲同步的光脉冲探测的下游边缘中的反射率的时间变化。这种频闪泵浦-探测测量的时间分辨率与探测脉冲的持续时间（$\sim1$ ps）一样快。这种超快频闪测量使我们能够区分边缘激发的正常模式，称为边缘磁等离子体或电荷密度波，以及其他高能非线性激发。这是研究量子Hall边超快动力学的唯一实验方法，并使导出量子宇宙中$(1+1)=2$维弯曲时空的度规张量$g_{μν}$和在量子Hall边实现的黑洞类似物成为可能.
2022-12-11 cond-mat.mes-hall
Electron-beam lithography of nanostructures at the tips of scanning probe cantilevers
我们开发了一种在扫描探针悬臂上制造纳米级金属栅电极的工艺，包括在突出的悬臂尖端的不规则表面上。该工艺包括一种浮层技术，在电子束抗蚀剂中涂覆悬臂梁。我们证明了栅极定义通过剥离过程，以及通过蚀刻过程。在经历图案化过程之后，悬臂保持高的力灵敏度。我们的方法允许在脆弱的扫描探针上图案化纳米级器件，扩展它们作为传感器的功能。
2022-09-23 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
The structure of a single sharp quantum Hall edge probed by momentum-resolved tunneling
动量分辨磁隧穿光谱是在一个单一的尖锐的量子霍尔边缘。我们直接探测单个整数量子霍尔（QH）边缘模式的结构，并发现外延过度生长的解理边缘实现了尖锐的边缘限制，其中与软蚀刻或门控边缘相关的Chklovskii图像不再有效。探测量子阱中的费米波矢探测了QH边缘模的实空间位置，并揭示了小于磁长度和玻尔半径的沟道间距离。我们定量地描述了主电导峰的线形，并从它们与体值一致的位置推导出边缘填充因子。我们观察到的功能，这是由于在地面能量的量子霍尔系统的波动的色散。
2004-11-11 cond-mat.mes-hall
Inelastic scattering effects and the Hall resistance in a 4-probe ring
介观系统中的相位随机化过程可以在Landauer-Büttiker形式主义中通过将额外的电压探针连接到样品以唯象的方式描述。在本文中，它示出了这种想法的扰动处理允许将这样的效果，而不需要放弃通常用于计算传输系数的递归技术的效率。该技术被应用到一个4探针环，其中可以观察到霍尔效应，起源于量子干涉，而不是洛伦兹力作用于电子。研究了非弹性散射对纵向电阻中霍尔电阻和Aharonov-Bohm振荡的影响。
2005-12-13 cond-mat.mes-hall
Quantitative infrared nanoscopy: Probe-cavity eigenmodes and nano-gap polaritons for strongly coupled nanoscale optics
School of Physics and Astronomy, University of Minnesota Twin Cities（明尼苏达大学双城分校物理与天文学学院）；Dept. of Physics, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校物理系）；Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室先进光源中心）；Dept. of Physics, Columbia University（哥伦比亚大学物理系）
研究借助光学纳米显微镜突破传统光学衍射极限，提出“本征探针”模型描述探针与环境近场相互作用，将基本激发识别为纳米间隙极化激元，经实验验证可用于反演局部光学常数，为光学纳米显微镜发展及相关应用奠定基础。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
