面内磁存储纵向克尔效应测量系统

存算一体及人工智能神经网络芯片采用非冯诺依曼架构体系，可大降低数据的访问延迟和传输能耗，提升计算速度。SOT-MRAM以其高速、高耐久度等优点，在此类应用中将发挥巨大的优势。当前，存算一体和人工智能神经网络芯片领域亟需一种全线性的多态存储器件（图1b），以便为人工智能神经网络的神经元、突触、存内计算等提供硬件支撑。但现有的SOT多态磁性存储器件及其他类型的存储器件大都是非全线性的（图1a），其输入-输出曲线的部分区域为线性，其他部分为非线性区，要使器件工作在线性区需要额外的时间、能耗和电路开销，阻碍了其在高速、低功耗和高集成密度的存算一体及人工智能神经网络芯片方面的应用[1]。图1、（a）目前的多态存储器件，（b）理想的全线性存储器件，（c）目前电流磁化翻转曲线，（d）通过调节DMI和交换耦合实现的线性磁化翻转曲线。 今年5月，微电子所杨美音副研究员和博士研究生李彦如为共同作者，微电子所先导中心罗军研究员和半导体所王开友研究员为通讯作者，在Physical Review Applied期刊上发表了题为“All-linear multistate magnetic switching induced by electrical current”的学术论文[2]，该团队合作研制出全线性的电流诱导多态自旋轨道矩（SOT）磁性存储器件，并实现了低能耗、可编辑的突触功能，对基于SOT-MRAM的低功耗存算一体逻辑和神经形态计算提供了一种新方法。图2、（a）离子注入引起的全线性磁化翻转，（b）局域离子注入注入实现的可编译的突触功能。 为了获得全线性的多态磁性存储器件，该团队在理论上模拟调节磁性材料中的“DMI效应”和“交换耦合效应”的比例，发现可将非全线性的磁化翻转曲线调控成全线性的磁化翻转曲线（图1c，d）。该理论预测的结果获得了实验验证。该团队在本次工作创新的采用离子注入工艺，成功调节了普通磁性材料中“DMI效应”和“交换耦合效应”的比例，实现了SOT磁性存储器件的全线性磁化翻转（图2a）。同时，通过局域的离子注入，实现了无外场的线性多态存储和突触功能。该突触可在同一超低电流脉冲下实现兴奋和抑制功能，并具备可编译特性。图3 面内场Hx下垂直磁场脉冲作用的磁畴壁运动速度。样品(a) S1, (b) S2, 和 (c) S3. 插图分别是面内场Hx（负、零和正）下的磁畴壁运动的轨迹。(d) 测量的A和D值。本项工作中样品的磁动力学过程观测，磁畴壁运动速度和DMI作用测量的工作由北京航空航天大学张学莹老师组合作提供（如图3），此系列测量表征工作利用了北航-致真团队自主研制的多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统，该系统除了能够获得高分辨率的动态磁畴观测外，在磁性薄膜材料和自旋电子器件动力学分析领域也有着突出的优势，它自带了磁场探针台，能够让用户利用软件定义电、磁等多种想要的波形，在进行电输运测量的同时，观察器件磁畴的变化，一键触发后，在样品上同步施加垂直/面内磁场、电流脉冲、微波信号，并同步采集克尔图像信息，能够直观、高效、无损地测量多种参数，包括饱和磁化强度、各向异性强度、海森堡交换作用强度和DMI强度等，是传统的磁光克尔显微镜所不具备的。 图4 多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统 产品基本参数：☛ 向和纵向克尔成像分辨率可达300 nm；☛ 配置二维磁场探针台，面内磁场高达1 T，垂直磁场高达0.3 T（配置磁场增强模块后可达1.5 T）；☛ 快速磁场选件磁场反应速度可达1 μs；☛ 可根据需要选配直流/ 高频探针座及探针；☛ 可选配二次谐波、铁磁共振等输运测试；☛ 配置智能控制和图像处理系统，可同时施加面内磁场、垂直磁场和电学信号同步观测磁畴翻转；☛ 4K~800K，80K~500K 变温选件可选。 参考信息：[1] http://www.ime.ac.cn/zhxx/zhxw/202105/t20210521_6036245.html[2] M Yang et al., PHYSICAL REVIEW APPLIED 15, 054013 (2021)

巨磁阻效应自发现以来就被广泛应用于MRAM、磁传感器等自旋电子器件中。目前，基于巨磁阻效应的自旋电子器件主要是铁磁体磁隧道结，其研究和发展受限于铁磁体的使用。因此，为进一步提升自旋电子器件的磁阻比等性能，探究其他磁体开发的高效自旋电子器件的研究非常有必要。近期，东京大学的Satoru Nakatsuji团队对手性反铁磁体Mn3Sn组成的磁隧道结进行了深入探究。作者首先对Mn3Sn手性反铁磁态中自旋正极化、负极化和磁八极的投影态密度进行了表征，发现八极矩的大多数和少数能带之间存在明显的能量漂移，与铁磁性铁中自旋矩的大多数和少数能带的漂移非常相似，并根据第一性原理进行了模拟验证，结果表明Mn3Sn在基于隧穿磁阻(TMR)的器件(如MRAM)中具有巨大的应用潜力。此外，为了更好的观测其TMR效应，作者制备了基于Mn3Sn的磁性隧道结( MTJ )，测得室温下的隧穿磁阻(TMR)比率约为2%，出现在手性反铁磁状态下簇磁八极的平行和反平行构型之间。该成果以《Octupole-driven magnetoresistance in an antiferromagnetic tunnel junction》为题发表在Nature上。图1 带簇磁八极的反铁磁隧道结（a）铁磁（FM）隧道结示意图（b）反铁磁（AFM）隧道结示意图（c）（d）铁磁隧道结和反铁磁隧道结的投影态密度图（pDOS） 本文中，作者使用了英国Durham公司的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3，通过系统自带的磁滞回线测量功能，对反铁磁隧道结顶部和底部Mn3Sn电极的矫顽力进行了测量。图2 室温基于手性Mn3Sn反铁磁体的磁隧道结表征图 （a）高分辨率TEM表征图（b）磁光克尔测量示意图（c）顶部和底部Mn3Sn反铁磁体的磁滞回线图 英国Durham公司是依托于英国Durham大学的高科技企业。与Durham大学强大的磁光学研究相对应，Durham公司的Russell Cowburn教授（英国剑桥大学卡文迪许实验室主任，英国科学院院士）设计并研发了灵敏度能到10-12 emu兼具Kerr显微镜与回线测量功能的高精度磁光克尔效应系统——NanoMOKE3。相比于历代MOKE系统，NanoMOKE3系统将磁光克尔的光路部分集成在光学盒中，避免了实验人员测试前搭建光路的工作，大大减少了实验人员操作量。另外，光学盒中的光路经过特殊设计，可以同时实现极向克尔和纵向克尔的测量，无需调整光路，只需更换镜片即可完成极向克尔和纵向克尔的切换。左）NanoMOKE3磁光克尔效应系统；右）NanoMOKE3光学集成盒因其高集成度的系统设计和开放式的样品环境，NanoMOKE3具备丰富的拓展性。实验人员可以以NanoMOKE3系统为基础，与其他实验设备组合搭建，进行其他领域方面的测量。一、低温磁光克尔系统NanoMOKE3系统允许用户在样品台部分搭建低温恒温器，实现低温磁光克尔的测量。例如，下图所示为NanoMOKE3与美国Montana Instrument无液氦低温恒温器进行了组合使用，从而实现了10K以下的磁光克尔测量。NanoMOKE3的低温磁光克尔测量性能在国内外领域内具有极高的水平。此低温MOKE方案已在南方科技大学安装使用。NanoMOKE3 磁光克尔系统与 Montana Instrument无液氦低温恒温器组合使用示意图二、晶圆扫描探测系统如今，越来越多的晶圆检测设备采用非接触式的光学测量，取代了传统的接触式晶圆测试方法。其中，以磁光克尔效应原理进行晶圆检测的方法就因其操作简单、检测速度快而被广泛使用。Durham公司在现有磁光克尔系统基础上改造升级，推出了超高灵敏度的晶圆扫描探测系统（wafer mapper），专门用于测量整个晶圆表面的磁滞回线和磁畴图像。系统中集成的磁光克尔能对整个晶圆样品区域（可按X和Y轴自由移动）进行磁滞回线扫描和区域Mapping的测量，最终绘制得到晶圆样品整体区域的磁性分布图，从而完成晶圆样品的检测。该款晶圆级磁光克尔测绘仪选用NanoMOKE3特创的光学盒，继承了其测量速度快，操作简单的优点。整个测量过程可以通过系统自带的LX PRO3软件完成，无需进行繁琐的实验预设值，大大增加了实验效率。晶圆扫描探测系统装配图 Durham公司特创的NanoMOKE3磁光克尔光学集成盒是Cowburn教授从事MOKE系统研发和深耕多年的结晶。不但减轻了实验人员的操作繁琐度，更重要的是以磁光克尔效应为基础，为更丰富领域的测量提供了可能，有望助力各个领域科研人员实现更高水平的突破！参考文献：[1]. Chen, X., Higo, T., Tanaka, K.et al. Octupole-driven magnetoresistance in an antiferromagnetic tunnel junction. Nature 613, 490–495 (2023).

磁随机存储器（Magnetic Random Access Memory, MRAM）利用磁隧道结自由层磁矩取向不同引起的磁阻不同作为存储单位0和1，同时结合传统的磁存储（PMR）非易失性及静/动态随机存储器（SRAM/DRAM）读写速度快的双重优点，在科研及工业界广受欢迎，并被认为是替代传统随机存储器的下一代存储技术的潮流和趋势。随着自旋转移矩效应（Spin Transfer Torque， STT）的发现及迅速应用，长期制约MRAM由科研阶段向工业量产阶段转变的技术难点“写入困难”被成功解决，同时为了进一步提高磁随机存储器的存储密度，近年来垂直取向的磁随机存储单元-隧道结（MTJs）取代了水平取向的磁随机存储单元，与STT技术一道成为了新的磁随机存储技术-垂直型STT-MRAM。图1 MRAM晶圆及MTJs存储单元 MRAM器件化和产业化的关键是对晶圆的磁性薄膜及磁性存储单元的生长和性能实现控制，特别是存储单元中的核心部件磁隧道结（MTJs），磁隧道结一般由磁性各异的多层膜构成，而隧道结终的性能又由多层膜中各层薄膜的性能所综合决定，然而MTJs的多层膜中每一层的厚度一般在几纳米至几十纳米之间，每一层的磁矩信号都非常弱(5*10-6emu），因此需要高精度的磁性检测设备来对晶圆薄膜及磁性存储单元的磁学性能进行测试，并反过来监控和改进晶圆的生长工艺。 图2 PKMRAM_300设备 美国Microsense公司的垂直磁随机存储器晶圆专用的PKMRAM_300型MOKE系统为目前少数可实现大尺寸晶圆（直径300mm）的高精度磁性检测设备，具有检测灵敏度高，测量精度高，测样速度快，设备操作高度智能化和自动化的特点，可实现无人值守式工作，因此在全球磁随机存储器研发生产单位中广受欢迎。 图3 PKMRAM_300典型测试结果图 日前，国内套PKMRAM_300正式落户杭州，将在新型磁随机存储器技术的研发及实现量产化的进程中发挥作用。祝愿此次PKMRAM_300 磁随机存储器磁检测系统的落户，能够帮助科学研究人员在磁随机存储技术领域内取得更多突破，在范围内占据技术点。相关产品链接：磁电阻随机存储器向克尔效应测量系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C202460.htm面内磁存储纵向克尔效应测量系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C202463.htm充磁系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C203306.htmDiskMapper H7 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C202452.htm

NanoMOKE3是新一代超高灵敏度磁强计和克尔显微镜，灵敏度高达10-12emu，是研究磁性薄膜以及磁性微结构理想的测量工具，在自旋/磁电子学、磁性纳米技术、磁性随机存储器、GMR/TMR、记录磁头、磁传感器等研究领域有着广泛的应用。磁光克尔测试属于光学测试，对样品的振动有着一定的要求。传统的低温磁光克尔测试通常使用低振动的液氦恒温器来进行，这种恒温器往往不能兼容纵向和向磁光克尔测试，且使用者需要多次采购和传输使用液氦，实验过程比较繁琐，也给实验室增加了大量液氦成本。2018年6月，Quantum Design在美国加利福尼亚大学圣迭戈分校Ivan Schuller教授实验室成功安装了一套集成NanoMOKE3与5nm别超低振动的Montana无液氦低温恒温器的磁光克尔测试系统，实现了4.5K~325K下的纵向0.47T/向0.35T的磁光克尔测试，为低温下的磁光克尔测试带来了新的方向。 图1 ：磁光克尔测试系统NanoMOKE3+Montana无液氦低温恒温器设备集成外观Schuller教授团队的研究方向之一是制备和研究新型微纳米结构，如量子点、磁性异质结构、二维铁磁线和一维铁磁链等。“新的低温磁光克尔测试系统可灵活安装配置样品，允许我们进行原位磁光和磁输运测试”，Nicolas Vargas研究员说：“我们小组目前正在研究混合异质结构（V-Oxide/FM）在结构相变（SPT）-温度依赖性期间的磁性和反射率行为，这套系统的安装，将对我们的实验提供非常大的帮助。”设备安装成功后，工程师先对垂直磁各项异性薄膜Ta(4 nm)/Pt(10 nm)/CoFeB(0.6 nm)/Pt(2 nm)进行了4.5K下的向克尔测试（如图2所示），结果显示该样品在单次循环无平均下的噪声仅为5%。随后又对该薄膜进行了4.5K下的克尔成像测试（如图3所示），左上角显示为饱和磁化时的成像，顺时针方向为磁场逐渐减小至反向饱和时的成像，可以明显的观察到磁畴的变化。 图2：CoFeB薄膜4.5K下向克尔测试左：60秒平均测试结果 右：单次循环1秒（总测试时间）无平均测试结果 图3：CoFeB 薄膜4.5K下的磁畴成像观测除了向克尔测试，工程师还对坡莫合金微带线（25-um 宽, 24-nm 厚）进行了5.5K下的纵向磁光克尔测试（如图4所示），结果显示该样品单次循环即可得到强的克尔测试信号，噪声仅为3%。 图4：坡莫合金微带线5.5K下的纵向磁光克尔测试左：微带线结构 中：60秒测试平均结果 右：单次循环1秒无平均结果 这套系统除了集成为低温磁光克尔测试系统外，也可以分成室温磁光克尔和低温恒温器等两套系统单使用。已经购买了Montana C2恒温器或者NanoMOKE3磁光克尔系统的用户，也可以在此基础上升为无液氦低温磁光克尔测试系统！

磁畴是铁磁体材料在自发磁化的过程中，为降低静磁能而产生分化的方向各异的小型磁化区域。它的研究可将材料的基本物理性质、宏观性质和应用联系起来。近年来，由于材料的日益完善和器件的小型化，人们对磁畴分析的兴趣与日俱增。目前市面上主要的磁畴观测设备有磁光克尔显微镜、磁力显微镜、洛伦兹电镜、以及近兴起的NV色心超分辨磁学显微镜等，其中，磁光克尔显微镜可以灵活的结合外加磁场、电流及温度环境等来对材料进行面内、面外的动态磁畴观测，成为目前常用的磁畴观测设备，可用于多种磁性材料的研究，如铁磁或亚铁磁薄膜、钕铁硼等硬磁材料、硅钢等软磁材料。 2020年11月，Quantum Design中国与致真精密仪器（青岛）有限公司签署了中国区战略合作协议，合作推出多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统。通过此次战略合作，Quantum Design中国希望能够为磁学及自旋电子学等领域的研究提供更多的可能。图1 多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统 多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统由北京航空航天大学集成电路学院张学莹老师带领团队，根据多年的磁畴动力学实验技巧积累和新的磁学及自旋电子学领域的热点课题研究需求研发。它采用先进的点阵LED光源技术，能够在不切换机械结构的情况下，同时进行向和纵向克尔成像，不仅能同时检测样品垂直方向和面内方向的磁性，成像分辨率还能够达到270 nm，逼近光学衍射限。与传统的磁光克尔显微镜相比，多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统配置了多功能磁铁探针台，能够在保证450 nm高分辨率的前提下，向被测样品同时施加面磁场、垂直磁场、电流和微波信号。 此外，多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统拥有专门的智能控制系统，用户界面友好，无需复杂设置，一键触发既能实现多维度磁场、电学信号与克尔图像的同步操控。该系统的另一亮点是配置了反应速度高达1 μs的超快磁场，为微米器件中磁畴的产生、磁畴的高速运动捕捉等提供了可能。 张学莹老师师从北航赵巍胜教授和法国巴黎萨克雷大学Nicolas Vernier教授，从2015年开始研究磁光克尔成像技术和磁畴动力学，其有关磁性材料性质的论文获得北京航空航天大学博士学位论文。经过3年潜心研究，该团队于2018年完成了台克尔显微镜样机的集成，并创立致真精密仪器（青岛）有限公司。至2020年初，在北航青岛研究院和北航集成电路学院经过两轮迭代和打磨，已经完成了产品的稳定性验证，目前，该设备已经被清华大学、中科院物理所、北京工业大学等多家单位采购。 产品磁畴成像照片案例图2 CoFeB(1.3 nm)/W(0.2)/CoFeB(0.5)薄膜中的迷宫畴图3 斯格明子磁畴观测 多重信号的叠加，能够满足客户多种前沿课题的实验需求面内磁场和垂直磁场的叠加可以进行Dzyaloshinskii-Moriya作用（DMI）的测试[1,2]图4 样品Pt(4 nm)/Co(1 nm)/MgO(t nm)/Pt(4 nm)DMI作用测量[1] 自旋轨道矩（spin-orbit torque,简称SOT）是近年来发展起来的新一代电流驱动磁化翻转技术，如何更好的表征SOT翻转，在当今自旋电子学领域具有重要的理论和应用价值。 多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统配置的面内磁场和电学测试系统，不但可以实现这个过程的电学测试，还可以利用相机与信号采集卡同步的功能，逐点解析翻转曲线对应的磁畴状态 [3,4]。图5 面内磁场和电流的叠加用于sot驱动的磁性变化过程研究 在某些材料中，无法观测到纯电流驱动的磁畴壁运动。这时，可以利用多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统微秒别的超快磁场脉冲与电流同步，观测垂直磁场与电流共同驱动的畴壁运动，从而解析多种物理效应，如重金属/ 铁磁体系的自旋化率由于自旋散射降低的效应 [5]。图6 垂直磁场和电流的叠加可用于观测单磁场或者电流无法驱动的磁性动力学过程 克尔成像下磁场和微波的叠加则能够为自旋波和磁畴壁的相互作用研究提供可能 [6]。图7 自旋波驱动的磁畴壁运动[6] 多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统还可进行多种磁性参数的微区测量局部饱和磁化强度Ms表征[7]由于偶作用，磁畴壁在靠近时会相互排斥。通过观察不同磁场下磁畴壁的距离，可以提取局部区域的饱和磁化强度Ms。此方法由巴黎- 萨克雷大学Nicolas Vernier 教授（致真技术顾问）在2014 年先提出并验证，与VSM测量结果得到良好吻合。图8 局部饱和磁化强度Ms表征及与其他测试方法Ms结果对比 海森堡交换作用刚度[8]采用系统的磁场“自定义波形”功能，将样品震荡退磁，再将得到的迷宫畴图片进行傅里叶变换，能够得知磁畴宽度，从而提取海森堡交换作用刚度Aex。图9 海森堡交换作用刚度提取 自旋电子薄膜质量的表征、自旋电子器件的损坏检测等[9]图10 磁性薄膜质量检测 除此之外，该系统还开发了性价比超高的变温系统。针对永磁材料研究的用户，开发了能够兼容克尔成像的高温强磁场模块。针对硅钢等软磁材料研究用户，开发了大视野面内克尔显微镜。 动态磁畴成像案例图11 cofeb薄膜动态磁畴图12 sot磁场+电流驱动磁畴翻转图13 钕铁硼永磁动态磁畴观测图14 磁性材料内钉扎点的观测，可与巴克豪森噪声同步匹配 产品基本参数✔ 向和纵向克尔成像分辨率可达300 nm；✔ 配置二维磁场探针台，面内磁场高达1 t，垂直磁场高达0.3 t（配置磁场增强模块后可达1.5 t）；✔ 快速磁场选件磁场反应速度可达1 μs；✔ 可根据需要选配直流/ 高频探针座及探针；✔ 可选配二次谐波、铁磁共振等输运测试；✔ 配置智能控制和图像处理系统，可同时施加面内磁场、垂直磁场和电学信号同步观测磁畴翻转；✔ 4k~800k，80k~500k 变温选件可选。 小结多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统除了拥有超高分辨的动态磁畴观测能力外，还能结合多功能磁场探针台提供的外加电流、面内/面外磁场等对多种磁学参数进行提取。 样机体验目前，致真精密仪器（青岛）有限公司可对相关领域感兴趣的科学工作者提供了测样体验，欢迎感兴趣的老师或同学拨打电话010-85120280或发送邮件至info@qd-china.com体验磁光克尔显微成像全新技术！ 参考文献[1] A. Cao et al., Nanoscale 10, 12062 (2018).[2] A. Cao et al., Nanotechnology 31, 155705 (2020).[3] X. Zhao et al., Appl. Phys. Lett. 116, 242401 (2020).[4] G. Wang et al., IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap. 66, 215 (2019).[5] X. Zhang et al., Phys. Rev. Appl. 11, 054041 (2019).[6] J. Han et al., Science (80-. ). 366, 1121 (2019).[7] N. Vernier et al., Appl. Phys. Lett. 104, 122404 (2014).[8] M. Yamanouchi et al., IEEE Magn. Lett. 2, 3000304 (2011).[9] Y. Zhang et al., Phys. Rev. Appl. 9, 064027 (2018).

2021年5月，多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统在清华大学顺利完成安装和调试，并获得用户的高度认可。该系统是由北京航空航天大学集成电路学院赵巍胜教授指导，张学莹老师带领团队根据多年积累的磁畴动力学实验技巧和 新的磁学及自旋电子学领域的热点课题研究需求设计的，也是Quantum Design中国与致真精密仪器（青岛）有限公司合作推出后在国内完成的套安装和验收。 致真精密仪器（青岛）有限公司工程师与用户的现场合影 安装精彩瞬间相比于传统的磁光克尔显微镜，该系统除了拥有高达300 nm的纵向和向克尔成像（分别对应面内和垂直各向异性样品磁畴测量），还增加了灵活的磁场探针台及面内旋转的磁场和高度智能化的软件控制系统。其中磁场探针台可以同时施加面内和垂直的磁场，通过智能控制系统，能够让用户利用软件定义电、磁等多种想要的波形，一键触发后，在样品上可同步施加垂直/面内磁场、电流脉冲、微波信号，进行磁光克尔成像及微区磁滞回线提取、局部饱和磁化强度Ms表征、局部各项异性能K的表征、海森堡交换作用常数Aex，Dzyaloshinskii-Moriya作用的表征等，在磁性薄膜材料和自旋电子器件动力学分析领域有着突出的优势。这套多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统历经5年多的研发历程，在北航集成电路学院、北航青岛研究院的支持下，经过了3轮迭代和试用，在致真精密仪器（青岛）有限公司团队进行工程化之后，形成了性能稳定，功能多样，多场景适配改装方便的系统。该产品还获得了青岛市市长杯创新创业大赛一等奖。北航团队在该设备的强大功能支撑下，在DMI测量[1]、自旋轨道矩（SOT）效应研究[2]、磁畴壁动力学[3-4]、磁性材料和自旋电子器件研究[5]等方面，取得了丰富的成果。同时，该设备还可用于永磁材料和硅钢等软磁材料的磁畴分析等。该设备的成功落户标志着国产商用磁光克尔显微镜领域的长期空白得以弥补。作为北航集成电路学院工艺与装备系孵化的公司，致真精密仪器（青岛）有限公司传承了北航文化，响应在高端科研设备方面的需求，与时俱进，精益求精，敢于啃硬骨头，做高品质高可靠性产品。同时，作为本土企业，致真精密仪器会始终与用户保持良好沟通，紧密追踪前沿热点，以用户的需求和科学发展方向为指引，将 新的测试技术融入到产品中去，为新老用户持续做好服务，支持中国甚至全球更多的科研者的科学探索。目前，该系统已经更新至三代，感谢所有提出过建议的老师和同学们，也欢迎大家继续提供宝贵的意见！在此，特别感谢清华大学的老师对我们的信任与支持，祝他们科研顺利，硕果累累！目前，这款多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统已经获得了清华大学、中国科学院物理研究所、北京工业大学、上海科技大学等客户多套订单。 产品基本参数： ☛ 向和纵向克尔成像分辨率可达300 nm；☛ 配置二维磁场探针台，面内磁场 高达1 T，垂直磁场 高达0.3 T（配置磁场增强模块后可达1.5 T）；☛ 快速磁场选件磁场反应速度可达1 μs；☛ 可根据需要选配直流/ 高频探针座及探针；☛ 可选配二次谐波、铁磁共振等输运测试；☛ 配置智能控制和图像处理系统，可同时施加面内磁场、垂直磁场和电学信号同步观测磁畴翻转；☛ 4K~800K，80K~500K 变温选件可选。 样机体验：目前，致真精密仪器（青岛）有限公司可对相关领域感兴趣的科学工作者提供测样体验，欢迎感兴趣的老师或同学通过拨打电话010-85120280或发送邮件至info@qd-china.com体验磁光克尔显微成像全新技术！ 参考文献：[1]. Cao, A. et al. Tuning the Dzyaloshinskii–Moriya interaction in Pt/Co/MgO heterostructures through the MgO thickness. Nanoscale 10, 12062–12067 (2018).[2]. Zhao, X. et al. Ultra-efficient spin–orbit torque induced magnetic switching in W/CoFeB/MgO structures. Nanotechnology 30, 335707 (2019).[3]. Zhang, X. et al. Low Spin Polarization in Heavy-Metal–Ferromagnet Structures Detected Through Domain-Wall Motion by Synchronized Magnetic Field and Current. Phys. Rev. Appl. 11, 054041 (2019).[4]. Zhang, Y. et al. Domain-Wall Motion Driven by Laplace Pressure in CoFeB/MgO Nanodots with Perpendicular Anisotropy. Phys. Rev. Appl. 9, 064027 (2018).[5]. Zhang, X. et al. Spin‐Torque Memristors Based on Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions for Neuromorphic Computing. Advanced Science 8, 2004645 (2021).

具有特功能特性的材料可以替代大型复杂电路，大地提高电子设备的可扩展性和能效。例如，使用电压应用诱导电阻开关的材料，可以在仅由几个元件组成的电路中模拟突触可塑性和不同的神经元峰行为。相比之下，传统互补金属氧化物半导体（CMOS）则需要数十个晶体管来实现类似的功能。深入了解此类先进电子材料的物理特性及其对外部刺激的响应对于后续设计应用程序至关重要。迄今为止已有许多研究探索了基于离子电迁移的非易失性开关的特性，这在存储器中具有广阔的应用前景。 近期，人们对一种不同类型的电阻开关产生了大的兴趣。该类型的电阻开关是由金属-缘体转变的电触发变化而产生的易失性开关，即改变材料电荷传输特性的本征相变（例如，莫特或佩尔斯转变）。这种易失性切换是通过向金属-缘体转变材料施加并保持电刺激而诱发的，并且在关闭刺激后，这种开关自动重置回初始状态（因此称为“易失性”）。基于金属-缘体转变的开关通常伴随着电阻率和光学特性的巨大变化，这使得其在射频电子学、光电学和受生物启发的人工神经元中的应用具有吸引力。 近期，加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理科学与先进科学中心的Pavel Salev，Ivan K. Schuller等利用无液氦低温磁光克尔效应系统-CryoMOKE研究了基于La0.7Sr0.3MnO3（LSMO）薄膜器件中金属-缘体转变电触发的易失性电阻开关，从金属到缘体，发生在一个相应的特征空间模式中，形成一个垂直于驱动电流的缘势垒。这种势垒的形成导致电流-电压特性中出现不寻常的N型负微分电阻。作者进一步证明电诱导横向势垒能够实现电压控制磁性的特方法。通过触发磁性材料中的金属-缘体电阻开关，使用施加到整个设备的全局电压偏置实现铁磁性的局部开/关控制。该成果以《Transverse barrier formation by electrical triggering of a metal-to-insulator transition》为题发表在Nature Communications. 图1 金属-缘体电阻开关的磁光成像 a.磁光测量示意图，在器件区域的每个xy点处获得MOKE磁滞回线。沿器件长度方向在平面内施加磁场。在整个测量时间内，电压偏置保持不中断。b. 同时记录I–V曲线（中心）和MOKE xy成像图（侧面）。图中的亮区对应于铁磁LSMO。总视场为90×140μm2。在MOKE成像图中，电流沿着水平方向。随着I–V穿过负微分电阻，在器件中心出现横向缘顺磁势垒，并随着外加电压的增加而不断扩展。I–V图中的插图显示了势垒尺寸d，作为施加电压的函数，V。c. 在24 V下的MOKE成像图和对应于记录的三个器件区域（使用罗马数字标记）的局部磁滞回线。当器件两侧（区域I和III）显示铁磁响应时，中心（区域II）的MOKE信号为零。所有测量均在100 K下进行。 为解释金属-缘体电阻开关的潜在微观机制，该工作的研究者利用金属-缘体转变与磁跃迁同时发生的事实，对LSMO器件进行了操作成像。使用扫描磁光克尔效应（MOKE）显微镜（图1a），绘制了施加电压偏置时铁磁区域的空间分布图。测量过程使用5 μm大小的激光束记录设备区域上每个点的MOKE磁滞回线，通过绘制MOKE回线量（即大克尔旋转角）的xy图来表示数据。在传统的MOKE图像中，对比度来源于不同磁化方向的区域。在这篇工作中，亮区对应于铁磁性区域，而暗区表示没有铁磁性。 该研究发现金属-缘转换是通过在垂直于电流的方向上形成横跨整个器件宽度的缘势垒来实现的。图1b显示了不同电压下的MOKE图和相应的I–V曲线。该器件在15 V以下仍保持均匀的铁磁（金属）状态，但施加更高的电压会导致LSMO转变为性质不同的状态。在16 V时，I–V曲线显示出一个小的跳跃，同时在器件中心附近出现一个~5 μm宽的无磁性畴。磁畴横跨整个器件宽度，其尺寸随着外加电压的增加而增大，直到电压升至48 V时覆盖整个器件（图1b中I–V图中的插图）。 值得注意的是，本工作中低温下的磁光克尔测试使用了DMO和Montana公司联合研发的低温磁光克尔效应系统- CryoMOKE，该设备可以实现在4~350K范围的高灵敏度磁滞回线及磁畴成像测试，Montana提供了超低振动的无液氦低温恒温器，该恒温器可以连接多种电学测试，可以在测量磁光克尔的同时在样品上施加电流/电压。 图2 DMO和Montana公司联合研发的CryoMOKENanoMOKE3主要技术特点：☛ 温度范围：4~350K☛ 振动：小于5nm☛ 纵向/向磁光克尔☛ 纵向磁场：＞0.4T，向磁场＞0.3T☛ 高灵敏度磁滞回线测试及磁畴成像 CryoMOKE国内客户： 南方科技大学中国科学院化学研究所 参考文献：[1] Pavel S, Ivan K. S,et al. Transverse barrier formation by electrical triggering of a metal-to-insulator transition. Nat. Commun.12,5499(2021)

忆阻器是一类表示磁通与电荷关系的基础电路元件，也是构建人工神经网络的理想元件。传统忆阻器多数是基于材料内部的离子迁移和价带变化实现的，存在工作寿命短和反应速度慢等缺陷，无法支撑持续训练学习的神经网络的长时间工作[2]。与之相反，自旋电子器件基于材料内部的磁性变化工作，具有工作寿命长、反应速度快等优势[3-7]。长期以来，科学和产业界在不断地探索如何将磁隧道结等自旋器件应用于神经网络计算[8]。然而，经典的磁隧道结仅具有高、低二值阻态，无法在神经网络计算方面发挥优势。 2021年3月7日，北京航空航天大学集成电路科学与工程学院赵巍胜教授团队教师张学莹、博士生蔡文龙、教师王梦醒及潘彪以共同位作者，赵巍胜教授为通讯作者在Advanced Science期刊在线发表了题为“Spin‐Torque Memristors Based on Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions for Neuromorphic Computing” 的学术论文[1]。赵巍胜教授团队设计了一种带有特自由层结构的磁隧道结，即在自由层中插入了单原子层的W，然后利用退火技术，让W形成聚簇效应，实现了一种基于垂直各向异性磁隧道结的自旋忆阻器，并在百纳米的器件中实现了稳定的近乎连续的多态，也是国际上次实现百纳米尺寸的可全电学操控的自旋忆阻器（如图1所示），有望为自旋电子器件在人工智能领域的应用打开道路。图 1 （a，b）该工作实现的自旋忆阻器件通过电压脉冲序列激励诱导的阻态变化；（c-e）器件的脉冲时序依赖可塑性验证。 该研究对这种新型器件的性质进行了全面的实验表征，验证了这种器件阻态的脉冲时序依赖可塑性（简称STDP，是脉冲神经网络的基础），证明了其构成的系统能够高效率、低功耗地实现手写数字识别等功能。 此外，该研究次发现了一种立体的手性涡旋结构（图2d）：在CoFeB/W/CoFeB构成的自由层中，CoFeB/W界面和W/CoFeB界面产生的Dzyaloshinskii-Moriya作用（DMI）相反，同时，两层CoFeB之间的耦合作用则随着W的厚度变化出现强度涨落或铁磁/反铁磁耦合交替。在局部区域W出现聚簇效应，反铁磁耦合与反向DMI联合作用，促使磁畴壁演变成手性涡旋结构，形成能量势阱。在磁隧道结自由层翻转过程中，这种涡旋结构会将运动的畴壁牢牢地钉扎住，从而形成了稳定的多阻态。图 2 (a)论文所用MTJ膜层中W原子的分布；（b）在反向DMI和不同RKKY耦合强度下CoFeB/W/CoFeB双磁层中可能存在的磁畴壁形态；（c）不同磁畴壁形态对应的能量；（d）在W原子聚簇区域由反向DMI和RKKY反铁磁耦合共同促进形成的立体涡旋结构示意图。 值得一提的是，Quantum Design中国与致真精密仪器（青岛）有限公司合作推出的多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统对解析自旋忆阻器的工作原理分析和多态来源方面发挥了重要作用。 先，作者通过高分辨率磁光克尔显微镜观察了MTJ膜层自由层的磁性翻转过程，与磁滞回线测量结果进行了对照，发现文章所用膜层存在较强的磁畴钉扎作用（如图3）。同时，作者测量了该材料自由层中磁畴壁移动速度，通过蠕行公式（creep mode motion）拟合，提取了一个重要的参数：本征磁畴壁钉扎磁场Bdep，如图4a所示。这个磁场是表征磁性薄膜磁畴壁钉扎强度的标志性参数，低于该临界磁场，不考虑热扰动的情况下，磁畴壁无法运动。经对比发现，薄膜中提取的该磁场与忆阻器件中多态在低温下的临界稳定磁场几乎相等，由此确定了自旋忆阻器件的多态来源于磁畴钉扎（图4b）。以磁光克尔显微镜为工具，通过磁畴壁速度测量提取磁畴壁本征钉扎磁场强度，是少有的能够定量评估磁性薄膜质量和畴壁钉扎强度的方法，在开发新材料，优化自旋电子器件性能方面得到广泛应用[7][9]。 图 3 利用高倍磁光克尔显微镜观察到的该自旋忆阻器自由层中磁畴扩张状态与磁滞回线的对应关系。图 4 （a） 磁光克尔显微镜测量的CoFeB/W/CoFeB磁性薄膜（蓝）与普通CoFeB薄膜（红）中磁畴中磁畴壁运动速度的比较；以及CoFeB/W/CoFeB中内禀钉扎磁场（16.3 mT）与（b）器件在低温下的多态稳定磁场（去除偏置后为15.5 mT）的比较。 在CoFeB/W/CoFeB自由层薄膜中，为什么会有如此强的磁畴壁钉扎作用呢？作者利用磁光克尔显微镜，从DMI、海森堡交换作用强度等多个角度进行了细致表征。先，分别定量测量了sub/MgO/CoFeB/W薄膜、sub/W/CoFeB/MgO两种镜面对称薄膜结构的DMI，发现两种膜层的DMI手性相反且强度相当（图5）。随后，测量了多态器件所用的自由层薄膜CoFeB/W/CoFeB的DMI，强度几乎为零。由此推测，CoFeB/W界面和W/CoFeB的DMI被中和。另一方面，通过透射电镜，作者观察到了CoFeB/W/CoFeB中W原子的分布并不均匀，局部出现了聚簇，W原子垒叠成2层甚至3层，而多数区域W原子则为单层甚至出现断裂。依据S. Parkin测量结果[10]，双原子层的W能够使上下两层铁磁材料发生RKKY反铁磁耦合。进一步，作者通过微磁仿真，结合磁光克尔成像获得了关于DMI，海森堡交换作用（测量方法见该文章附加材料[1]）等参数，证明在具有W聚簇的区域，能够形成上下层手性相反的的垂直涡旋结构。而且，这种涡旋结构具有较低能量，在磁畴壁经过之时，能够形成强烈的钉扎作用。图 5 利用磁光克尔显微镜测量不同薄膜结构中磁畴壁运动的速度以及DMI的提取。 磁光克尔显微镜除了能够获得高分辨率的动态磁畴观测外，在磁性薄膜材料和自旋电子器件动力学分析领域也有着突出的优势，它能够直观、高效、无损地测量多种参数，包括饱和磁化强度、各向异性强度、海森堡交换作用强度和DMI强度等。通用型的磁光克尔显微镜很难对这些磁学参数进行直接的测量，为了降低使用门槛，使磁光克尔成像和磁畴动力学分析技术在磁学和自旋电子学中发挥更大作用，张学莹老师在多年积累的测试经验和仪器配置方案基础上，开发出了一款多功能、智能化的多场高分辨率磁光克尔成像系统。该系统能够让用户利用软件定义电、磁等多种想要的波形，一键触发后，在样品上同步施加垂直/面内磁场、电流脉冲、微波信号，可同时进行磁光克尔成像和电阻等参数的测量。这种多功能的设备将电输运测试和磁光克尔成像结合，预期将在自旋轨道矩、斯格明子磁泡动力学等方面发挥更大作用。 目前，这款多场高分辨率磁光克尔成像系统已经获得了清华大学、中国科学院物理研究所、北京工业大学、上海科技大学等客户多套订单。 图6多功能高分辨率磁光克尔显微成像系统 产品基本参数：向和纵向克尔成像分辨率可达300 nm；配置二维磁场探针台，面内磁场高达1 T，垂直磁场高达0.3 T（配置磁场增强模块后可达1.5 T）；快速磁场选件磁场反应速度可达1 μs；可根据需要选配直流/ 高频探针座及探针；可选配二次谐波、铁磁共振等输运测试；配置智能控制和图像处理系统，可同时施加面内磁场、垂直磁场和电学信号同步观测磁畴翻转；4K~800K，80K~500K 变温选件可选。 参考文献 [1] X. Zhang#, W. Cai#, M. Wang#, B. Pan#, K. Cao, M. Guo, T. Zhang, H. Cheng, S. Li, D. Zhu, L. Wang, F. Shi, J. Du, and W. Zhao*, Adv. Sci. 2004645, 2004645 (2021).[2] M. A. Zidan, J. P. Strachan, and W. D. Lu, Nat. Electron. 1, 22 (2018).[3] X. Lin, W. Yang, K. L. Wang, and W. Zhao*, Nat. Electron. 2, 274 (2019).[4] M. Wang, W. Cai, K. Cao, J. Zhou, J. Wrona, S. Peng, H. Yang, J. Wei, W. Kang, Y. Zhang, J. Langer, B. Ocker, A. Fert, and W. Zhao*, Nat. Commun. 9, 671 (2018).[5] M. Wang#, W. Cai#, D. Zhu#, Z. Wang#, J. Kan, Z. Zhao*, K. Cao, Z. Wang, Y. Zhang, T. Zhang, C. Park, J. P. Wang, A. Fert, and W. Zhao*, Nat. Electron. 1, 582 (2018).[6] S. Peng#, D. Zhu#, W. Li, H. Wu, A. J. Grutter, D. A. Gilbert, J. Lu, D. Xiong, W. Cai, P. Shafer, K. L. Wang, and W. Zhao*, Nat. Electron. 3, 757 (2020).[7] X. Zhao#, X. Zhang#, H. Yang#, W. Cai, Y. Zhao, Z. Wang, and W. Zhao*, Nanotechnology 30, 335707 (2019).[8] X. Zhang, W. Cai, X. Zhang, Z. Wang, Z. Li, Y. Zhang, K. Cao, N. Lei, W. Kang, Y. Zhang, H. Yu, Y. Zhou, and W. Zhao*, ACS Appl. Mater. Interfaces 10, 16887 (2018).[9] X. Zhao et al., Appl. Phys. Lett. 115, (2019).[10] S. S. P. Parkin, Phys.Rev.Lett. 67, 3598(1991)

超高精度的磁性质测量是科学工作者一直追求的目标，高精度的磁探测技术能够获得更加丰富的信息，对科学研究具有重要的意义。 英国Durham公司是依托于英国Durham大学的高科技企业。与Durham大学的磁光学研究相对应，Durham公司设计并制造了当前上性能高，功能强大的磁光克尔效应系统——NanoMOKE3，兼具Kerr显微镜与超高灵敏度磁强计，可实现1 x 10-12 emu精度的磁矩测量。 近日，德国马克斯-普朗克研究所(Max Planck Institute, MPI)的G. Dieterle等在NanoMOKE3系统上，通过引入新的测试方法和自己搭建的锁相技术，探测到了信号为1.5 x 10-17 Am2 = 1.5 x 10-14 emu的votex permalloy合金的磁性信号，比NanoMOKE3设备本身的精度高出2个数量。表明NanoMOKE3不仅是一款为方便的高性能磁光克尔检测系统（开机即用，无需调试光路），同时也是一个可以进行改造并观测更好结果的高端测量平台。图片来自Applied Physics Letters 108, 022401(2016) 上图为G. Dieterle等做检测500nm区域示意图，红色部分代表激光光斑大小。NanoMOKE3所使用的激光大小为2μm，所以大家通常认为限分辨精度应该是2μm。G. Dieterle等通过引入自己的锁相技术并进行多次积分减少噪音，检测了500nm的votex结构及翻转情况。相关文章于2016年1月发表在Applied Physics Letters上（Applied Physics Letters 108, 022401(2016)；doi：10.1063/1.4939709）。 NanoMOKE3对于纵向、横向以及向磁光克尔效应都非常灵敏，成为研究磁性薄膜以及磁性微结构理想的测量工具，在很多研究领域都有广泛的应用。该系统集成了光学模块，方便了测试，同时预留了很多接口，方便用户的拓展，是一款功能强大的磁光克尔效应测量平台。NanoMOKE3磁光克尔效应系统相关产品兼具克尔显微镜与超高灵敏度的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=30Microsense大型磁光克尔效应测量系统：http://www.qd-china.com/products2.aspx?id=286关于Quantum Design Quantum Design是的科研设备制造商和仪器分销商，于1982年创建于美国加州圣迭戈。公司生产的 SQUID 磁学测量系统 (MPMS) 和材料综合物理性质测量系统 (PPMS) 已经成为公认的测量平台，广泛的分布于上几乎所有材料、物理、化学、纳米等研究领域的实验室。2007年，Quantum Design并购了欧洲大的仪器分销商LOT公司，现已成为著名的科学仪器领域的跨国公司。目前公司拥有分布于英国、美国、法国、德国、巴西、印度，日本和中国等地区的数十个分公司和办事处，业务遍及全球一百多个和地区。中国地区是Quantum Design公司活跃的市场，公司在北京、上海和广州设有分公司或办事处。几十年来，公司与中国的科研和教育领域的合作有成效，为中国科研的进步提供了先进的设备以及高质量的服务。

导读随着半导体工艺的发展，集成电路的关键尺寸已经趋向于几纳米或更小。在2019年的日本SFF（三星晶圆代工论坛）会议上，三星公布了3 nm工艺的具体指标，与现在的7 nm工艺相比，3 nm工艺可将核心面积减少45%，功耗降低50%，性能提升35%。同时，在存储方面，高密度、低能耗、高速度等特点也是量化生产存储器所追求的。然而随着晶体管尺寸的减小, 由量子效应所产生的漏电流及其所导致的热效应使得传统的存储技术遇到了瓶颈。随着自旋电子学的发展，自旋电子器件具有静态功耗低、可无限次高速读写、非易失性存储等优点, 被认为是突破当前瓶颈的关键技术, 因此受到了广泛关注。 MRAM（磁随机存取存储器）和磁性斯格明子等是目前比较有代表性的新型磁存储技术。成果简介近期，中国科学院物理研究所磁学重点实验室M02课题组的光耀、刘艺舟博士、于国强特聘研究员、韩秀峰研究员等人与德国马克斯普朗克智能系统研究所Gisela Schütz教授团队、美国加州大学洛杉分校Yaroslav Tserkovnyak教授团队、兰州大学彭勇教授团队合作，利用扫描透射X射线显微镜(STXM)，对[Pt/Co/IrMn]n交换偏置多层膜结构进行了系统的研究，在室温零场条件下成功诱导产生100 nm尺寸的斯格明子。斯格明子的产生机制是由X射线诱导的交换偏置再定向效应所主导的，除地产生单个斯格明子外，他们还利用X射线产生了多种结构的斯格明子二维“人工晶体”（如图一所示）[1]。 图1. X射线诱导单个斯格明子及斯格明子晶体的产生。a为X射线诱导产生的闭合单畴条(白色虚线矩形框)；b为控制X射线在单畴区域上产生的两个斯格明子；c-d分别为X射线在单畴区域写入的三角和正方斯格明子人工晶体。d中的标尺条为1 μm。磁性斯格明子在不同的作用机理下，形成的尺寸大小也有所区别，一般在1 nm~1 μm之间，上面提到的STXM观测，分辨率高，但因其基于同步辐射，不能在普通实验室中完成。近年来发展的基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜（如图2所示）[2]，是一种很好的替代检测设备。相比于传统的显微观测设备如克尔显微镜（分辨率~300 nm），磁力显微镜MFM(分辨率20~50 nm )，该设备除了拥有优于30 nm的磁学分辨率外（10~30 nm，理论上可以到纳米），还可以进行样品表面磁场大小的定量测试，而且NV 色心作为单自旋探针, 所产生的磁场不会对待测样品有扰动，在磁学显微成像上有着显著的优势。图2 基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜示意图 含有NV色心的金刚石探针通过AFM系统可以对样品进行逐点扫描，定量的获取样品表面的磁场大小信息。2016年，Y. Dovzhenko等人[3]通过NV色心磁学显微镜对磁性斯格明子表面的磁场进行了测试，重构出表面杂散磁场的分布，对斯格明子的类型具有指导意义（如图3所示）。在Bloch 型斯格明子的假定下重构出的磁化分布中，中心处z 方向磁化几乎为零, 也就是磁化方向在面内, 这样的结构无法形成一个完整的斯格明子。而Néel 型假定给出的磁化分布更加符合理论模型中斯格明子的磁化分布. 因此, Néel 型的斯格明子更加符合实验结果. 对一些新颖的磁性斯格明子结构, 如纳米条带的边缘态和双斯格明子,基于NV 色心的磁成像能够为解析其磁化结构提供帮助[4]。图3 斯格明子局部磁结构获取 a.测量的杂散磁场z方向分量；b. 在Néel 型和Bloch 型假定下仿真的杂散场z方向分量；(c) (b) 图中在x = x0 和y = y0 处切面与实验值的比较 (d),(e) Néel 型和Bloch 型假定下的磁化分布 (f) Bloch 型假定下y = y0 处在不同外磁场下磁化强度切面。通常SOT（自旋轨道力矩）诱导的磁畴翻转强烈依赖于磁畴壁的结构，2019年Saül Vélez等人[5]使用NV色心磁学显微镜来揭示TmIG和TmIG/Pt层的磁畴壁磁化情况。如图4所示，作者对TmIG和TmIG/Pt层进行了磁学显微测试，并对图b中的两个不同位置TmIG/Pt和TmIG区域的磁畴边界d/e进行了磁场扫描，经过同模拟结果对比发现位置d处的磁畴壁处于Left Néel-Bloch中间结构，而到了位置e处的磁畴臂转变成了Left Néel 结构，这些结果表明磁性石榴石中存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，为稳定中心对称磁性缘体中的手性自旋织构提供了可能。图4 用NV磁学显微镜测量了TmIG和TmIG/Pt的畴壁结构和手性 a.测试示意图；b.样品表面杂散磁场测试结果；c.样品表面磁化情况重建；d.e为图4b中虚线位置和磁场分布关系及不同模型的模拟对比。相关设备瑞士的Qzabre公司源自于苏黎世联邦理工大学自旋物理实验室Prof. Christian Degen团队，该团队于2008年次提出了使用单个NV色心进行扫描磁探测成像[2]，为后续NV色心磁成像技术奠定了基础。基于该团队的技术，Qzabre公司推出了一款用于室温下的基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM（如图5所示），该设备拥有优于30 nm别的磁学分辨的同时，还可以进行定量的测试材料表面的磁场分布，磁场测试灵敏度可到1 μT/Hz1/2，被广泛应用于磁性材料显微成像分析，如磁性纳米结构分析、铁磁/反铁磁磁畴成像、磁性斯格明子分析、磁畴壁分析、任意波形交流磁场测量、多铁材料扫描以及石墨烯、碳纳米管等电流分布成像。近期，Quantum Design中国与瑞士Qzabre公司达成战略合作协议，引进Qzabre的NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM，希望可以为中国的广大科研工作者提供有力的帮助，欢迎大家咨询。图5 基于NV色心的超分辨量子磁学显微镜QSM外观图 参考文献[1] Y. Guang. et al. Creating zero-field skyrmions in exchange-biased multilayers through X-ray illumination. Nat. Commun. 11 (2020) 949[2] C. L. Degen, Scanning magnetic field microscope with a diamond single-spin sensor, Appl. Phys. Lett. 92, 243111 (2008)[3] Dovzhenko Y, Casola F, Schlotter S, Zhou T X, Büttner F, Walsworth R L, Beach G S D, Yacoby A 2016 arXiv:1611.00673 [cond-mat][4] Wang Cheng-Jie, et al. Nanoscale magnetic field sensing and imaging based on nitrogen-vacancy center in diamond. Acta Phys. Sin. Vol. 67, No. 13 (2018) 130701[5] Saül Vélez, et al. High-speed domain wall racetracks in a magnetic insulator. Nature Communications (2019) 10:4750

前 言：　　自从70年代起其至今，我使用过好几款仪器的石墨炉，如：PE403，PE5000，PE3010，GGX-3,180-80，Z-8000，Z-5000，Z-2000，ZA3000等。凑巧的是，上述仪器的石墨炉全部是纵向加热类型的。为了活跃论坛这个&ldquo 草根&rdquo 平台，我就将这些年对纵向加热型石墨炉的认识和体会展现给版友。　　遗憾的是，一来本人的理论水平有限，二来有关石墨炉的文献与论文，从60年代的石墨炉鼻祖利沃夫和马斯曼起，一直到目前的国内外众多的原吸大咖止，比比皆是，令人目不暇接，且全部是正说。因此，如果我也采用&ldquo 正说&rdquo 石墨炉的形式，则深感力不从心，故只能&ldquo 戏说&rdquo 了，望大家见谅!　　(一)纵向石墨炉的历史：　　1959年，前苏联科学家利沃夫(L，vov)设计出了石墨炉坩埚原子化器。　　1967年，德国学者马斯曼(H.Massmann)从利沃夫的石墨原子化器得到灵感，设计出电热石墨炉并于1970年被PE公司应用到商品原吸仪器上。　　由于马斯曼设计的纵向电加热石墨炉首次成为商品仪器，所以之后有人就将这种纵向加热结构的石墨炉称之为&ldquo 马斯曼炉&rdquo ，以示纪念。　　(二)纵向石墨管的结构：　　首先要搞清楚何为&ldquo 纵向&rdquo ?所谓的纵向就是指作用在石墨管上的加热电流I的流通方向与通过石墨管光轴的方向一致。见图-1 所示：　　图-1 纵向加热石墨炉示意图　　纵向加热石墨炉的整体外观和结构示意以及实体分解如图-2，3，4所示：　　图-2 纵向石墨炉外观图(Z-2000)　　图-3 纵向石墨炉结构示意图　　图-4 纵向石墨炉实体分解图(Z-2000)　　从图-3 和图-4 可以看出，纵向石墨炉主要是由：石墨管，石墨环，电极和石英窗组成。　　由于纵向石墨炉问世最早，结构相对简单，石墨管加工的一致性好且成本低廉，加之技术成熟，所以该类型的石墨炉应用较为广泛 目前国内外的原子吸收光度计的生产厂家绝大部分仍然采用的是该类型的石墨炉。　　(三)纵向石墨管的种类：　　无论是纵向石墨炉还是横向石墨炉，最终做热功的还是石墨管 为此有必要介绍一下纵向石墨管的种类和特点。图-5 所示的就是一部分纵向加热的石墨管的外观图。　　图-5 形形色色的纵向石墨管　　不知大家注意没有，在上图中最右侧的那个&ldquo 高大上&rdquo 的石墨管，就是我在70年代时使用过的美国PE-403型原子吸收分光光度计中石墨炉上的石墨管，可惜当时没有想起要保存下一只该管子的实物作为留念，不能不说是一件憾事!　　(1)筒形石墨管：　　纵向加热石墨炉从问世开始(以PE公司原吸为代表)，石墨管就是筒形的，直至目前许多国内外仪器生产厂家例如：PE公司，热电公司，瓦里安公司，GBC公司的部分型号的仪器仍然使用着这种石墨管。如下面所示：　　图-6 几种进口仪器使用的筒形石墨管　　最早的传统筒形石墨管有一个弱点，那就是：由于管子的管壁厚度一致，也就是管子整体的任何一个部位的电阻值是均匀的，所以当石墨管通电加热时，理论上管子的整体的温度应该是均匀一致的才对。这种石墨管的剖面图如下：　　图-7 传统筒形石墨管的剖面图　　可是遗憾的是，由于纵向石墨管两端紧贴着两个质量很大的石墨环和电极之故(见图-4)，所以在原子化加热开始的瞬间，石墨管两端的温度就会因为石墨环和电极的热传导作用而低于石墨管的中央部分的温度 其后经过暂短的时间后(约零点几秒)，管子整体才会达到热平衡。这，就是在许多资料中所经常被垢病的&ldquo 温度梯度&rdquo 现象。　　为了克服这种&ldquo 温度梯度&rdquo 的弊端，于是后人们便产生了提高筒形石墨管两端电阻值的设想。这样原来的一个阻值均匀的石墨管整体R就会被等效看做为三个串联的单体，即(R左R中 　　那么如何提高筒形石墨管两端的电阻值呢?方法只有一个，那就是减少管子两端管壁的厚度。我们在初中物理学到过，一个导电体的截面积与其电阻值成反比。所以减少石墨管两端管壁的厚度就可以提高电阻值。但是要想减少管子两端管壁的厚度，却不能通过将管子外径切削变薄来实现 其原因是：石墨管两端还要保持与石墨环大面积的紧密接触才能减少热损耗。所以即要想提高电阻又要保持管子与石墨环的紧密接触，那只能在管子的内壁上做文章。具体的做法是：用车刀在管子内壁两端刻上几刀沟槽，这样既不影响管子与石墨环的接触也可以提高了两端的电阻值了，可谓一举两得。其示意图和实体图见图-8和图-9 所示：　　图-8 改良后的筒形石墨管示意图　　图-9 改良后的筒形石墨管剖面实体图　　(2)鼓形石墨管：　　改良型石墨管尽管缩短了管子整体的热平衡时间，但是效果还是不太理想。于是有的仪器厂家就设想：如果让纵向石墨管中央放置样品的部位先行到达原子化温度不就可以忽略石墨环的散热影响了吗?要想做到这一点，就要从改良型筒形石墨管做反向思维了 那就是让石墨管的三部分变为(R左R右)了，于是乎，鼓形石墨管则应运而生了 其外观如下次：　　图-10 鼓形石墨管外观　　看到上面的鼓形石墨管，也许有人会问：这种石墨管的外径中间粗(8mm)两端细(7mm)，如果依照前面导体的截面积与电阻成反比的定律，那么此管子的中央部位外径比两端的要粗1mm，其截面积一定大啊!按道理应该中间部位的电阻要小于两端才对，怎么反而说比两端的阻值要大呢?　　下面我将此类管子的实际剖面图展现出来，大家就一目了然了，见图-11所示：　　图-11 鼓形石墨管的剖面实例图　　从上面的照片可以看到，尽管鼓形管的中间外径较两端大1毫米，但是其管壁厚度却小于两端的厚度，两者之差为(2mm-1.5mm)=0.5mm 千万别小看了这区区的0.5毫米的厚度，他却使石墨管中央部分的截面积整整小了约1/4。这样的差别，就会使该管子在原子化加热的瞬间，其中间部位迅速到达预设的原子化温度。如果用肉眼从石墨炉上盖的进样孔观察石墨管的升温状态就会发现这一过程 如图-12，13所示：　　图-12 鼓形石墨管在原子化阶段升温瞬间的状态　　图-13 鼓形石墨管在原子化阶段迅速达到平衡的状态　　从上面两张照片图可以清晰地看到，鼓形石墨管在原子化开始的瞬间的确是从中央部位先行到达预设的原子化温度的，然后再向两端迅速延伸直至达到整体的热平衡，而这个平衡时间是非常短暂的。目前此类型石墨管主要是应用在岛津和日立的原吸上面。　　此外这种鼓形石墨管还有一个优点，那就是管子中间的凹陷部位注入样品后液体不会向两端扩散 这样就保证了全部样品集中在温度最高的区域，有利于原子化。　　(3)异形石墨管：　　这类石墨管主要是喇叭型和哑铃型两类 由于目前几乎难以见到，故不再赘述。　　(4)双进样孔鼓型石墨管：　　这是一种新型的石墨管，其特点是：石墨管中央注入样品的部位被分割为两个空间 这样设计的目的是可以加大进样量，对低含量的样品起到了一个富集的效果 但是采用这种石墨管的仪器对自动进样器的精度要求是很高的，目前为止，这种双孔进样方式只有日立ZA3000型原子吸收上采用 而在横向加热石墨管上是不能实现的。该型管子的外观图和剖面图如下所示：　　图-14 双孔石墨管的外观图　图-15 双孔石墨管剖面图　　(5)平台石墨管：　　此类石墨管就是在管子的中央安放一个悬浮的石墨平台，样品加注在平台上以完成原子化过程。平台石墨管的设计理念就是实现石墨炉分析鼻祖B.V.L&rsquo vov提出的&ldquo 恒温原子化&rdquo 的理念而问世的。该石墨管的剖面图如下：　　图-16 平台石墨管　　(四)纵向石墨炉的特点：　　(1)升温速率：　　众所周知，无论石墨炉是何种形式的，其最终做功而产生的焦耳热的关键部件是由石墨管来完成的。而影响石墨炉灵敏度和重现性的一个重要的因素则是：升温程序由灰化阶段转为原子化阶段瞬间的升温速率的快慢。　　为何这个转换速率对分析的灵敏度的影响是那样大呢?其实原因很简单：当样品完成灰化步骤后，石墨管由灰化阶跃到原子化阶段的时间越短(即升温速率快)样品产生的基态原子数目越多，自然检测到的信号就越强。反之，如果石墨管升温速率慢的话，一部分样品在还未形成基态原子前就会被载气吹跑掉了，自然灵敏度就下降了。这也就是为何石墨炉在原子化阶段采取停止载气的做法的缘由 任何事物都是一分为二的，虽然可以通过停止载气来提高检测信号的灵敏度，但是样品信号的背景值也会随之加大了，熊掌鱼翅不可兼得。　　那么影响石墨管升温速率的因素又是什么呢?答案是：石墨管本身的质量的大小 在同等的升温条件下，质量越小升温速率越快。举一个试验例子：如果将一个大铁球和一个小铁球同时放到火炉中，哪一个先红?毋庸置疑，还是小铁球先红(即达到热平衡早)，我想这个试验结果大家均会给予认可的。目前的纵向石墨管无论是筒形的还是鼓形的其质量均在1克左右 见下表-1：　　表-1　　而横向石墨管的质量均比纵向石墨管大的多，一般在2.5~5.4克之间，见下表-2：　　表-2　　对于横向加热的石墨管而言，由于其本身的质量大于纵向石墨管，所以实际上更加注意升温速率的问题 这些石墨管的设计理念与纵向鼓形石墨管的设计如出一辙，其结构也是中央管壁薄两端管壁厚，从而造成管子整体中央电阻值大二两端小，并且这个厚薄的差异较纵向鼓形石墨管还要明显，远远大于0.5mm。见下图所示：　　图-17 PE公司横向石墨管剖面图　　图-18 Jena公司横向石墨管侧面图　　图-19 GBC公司横向石墨管侧面图　　所以，在升温速率上：从整体来看纵向石墨管优于横向石墨管(质量不同) 从局部来看二者接近(使用空间一样)。　　(2)温度梯度：　　自从纵向加热石墨炉问世以来，关于石墨管整个腔体内空间的温度梯度问题一直就是一个饱受诟病的争论焦点。为此，石墨炉分析鼻祖利沃夫(L，vov)先生就提出了一个&ldquo 恒温原子化&rdquo 的理念。大家熟悉的平台石墨管就是出于这个目的而研发出来的。　　前面已经讲到，由于纵向石墨管两端存在石墨环和水冷电极的散热作用，故在原子化的瞬间致使管子的整体产生了一个两端低，中间高的&ldquo 温度梯度&rdquo 现象 这是一个不争的事实。　　但是经过了一个暂短的时间后，石墨管会立即达到热平衡了。见下图所示：　　图-20 筒形石墨管原子化阶段的升温模型　　图-21 鼓形石墨管原子化阶段的升温模型　　从上面的两张图的比较可以看出，鼓形管由于中间部分的温度高，故其升温速率要稍高于筒形管。　　那么，横向加热的石墨管的究竟有没有&ldquo 温度梯度&rdquo 呢?见下模型图：　　图-22 横向石墨炉工作原理　　图-23 横向石墨管原子化阶段的升温模型　　从图-22，23可以看出，横向石墨管在与电极接触的上下两端，同样也存在水冷电极的散热效应，所以对于横向石墨管整体而言同样也存在着温度梯度，只不过是在光轴通过的区域没有温度梯度罢了。因此纵向与横向石墨管的温度梯度的区别是：从整体来看，二者均有，仅是部位不同 从光轴观察空间来看，在原子化的瞬间，横向石墨管优于纵向石墨管 但是管子温度到达平衡后，二者相差无几了。既然横向石墨管的中间部位没有温度梯度的弊端，但是目前有些横向石墨管(例如PE的)仍然采用平台式的，这是为什么?　　现在的问题关键是，纵向石墨管在原子化的瞬间，管子整体确实存在着温度梯度，这是一个无可争辩的事实。这个过程可用下面的模型图来说明：　　图-24 鼓形石墨管原子化瞬间的升温模型图　　通过上面的模型图不难看出几点：　　1)在原子化瞬间鼓形管的确存在温度梯度，并且鼓形管的中央已经先行到达了预设的原子化温度(参看图-12)。　　2)当石墨管整体温度到达平衡后，两端与石墨环接触的狭小部位的温度严格地讲要略低于整体的温度，这是因为石墨环的电阻要小于石墨管，因此在做功时其温度肯定比石墨管低，但是却要比水冷电极的温度高多了 由此看来，石墨环在这里不仅仅起到加持石墨管的作用，另一个不可忽略的作用就是：在石墨管和电极之间起到一个温度缓冲的隔离作用 如此就可将石墨管两端的温度梯度的影响降到了最小的程度。　　3)鼓形石墨管的容积约600微升，而样品为20微升，仅占总容积的1/30，且位居管子中部。我的疑问：管子两端瞬时的温度梯度能对管子中央部位的20微升的样品产生多大的影响?我想这可能就如同地球一样，尽管南北两极温度很低，但是生活在赤道的居民没有感到寒冷吧?　　4)当鼓形石墨管温度平衡后与横向加热石墨管的状态所差无几(参看图-13)。　　5)石墨环的质量越小，温度梯度的影响也就越小。　　6)石墨炉电路采用温控方式可以减少温度梯度的影响。　　(3)零点漂移：　　纵向石墨管从室温升高至3000° 时，管子本身因热涨的原因会延伸1毫米。由于纵向石墨管的延伸方向与光轴呈现同心圆的状态，所以尽管子受热膨胀，但是不会因物理挡光而使零点信号漂移。这个状态可由下图模型说明：　　图-25 纵向石墨管受热膨胀方向与光轴的关系　　但是当横向石墨管在受热膨胀时，其延伸方向会与光轴方向形成正交，从而影响了零点的位移。所以经常听到使用横向加热石墨炉的用户反映：&ldquo 为何我的石墨炉在空烧时会产生一个很大的吸收啊?&rdquo 其原因就在于此。这种横向石墨管在加热时的位移模型图如下所示：　　图-26 横向石墨管受热膨胀方向与光轴方向的正交关系　　实际上，这种石墨管膨胀方向与光轴形成正交的结果还不仅仅是零点的漂移的问题，因为石墨管在原子化阶段，管腔里面的待测元素和背景的活动非常复杂，据说要用量子力学来解释。正因如此，一直以来许多科学大咖对这个课题的研究从未停止过。　　(五)纵向石墨管的加工和价格：　　通过前面的介绍可以看到，无论是筒形的和鼓形的石墨管，均是圆桶形的 因此加工起来就非常简单了，仅仅使用车床切削即可 并且由于加工工序简单，所以加工出来的成品的同一性，如尺寸，质量等就很容易保证，所以价格低廉。　　而横向石墨管又别称&ldquo 异形石墨管&rdquo ，所以加工起来就相对复杂多了，需要好几道工序，如PE800的石墨管，不但要切削，还要大量的铣床工序，这可以从下图的外观造型上得到印证，所以其价格较为昂贵就在所难免啦!　　图-27 PE800石墨管　　备 注：　　(1)由于本文为&ldquo 戏说&rdquo ，可能难免有些观点不严谨或不科学，那么各位看官就权且当做饭后茶余的消遣罢了 不妥之处，尽可莞尔一笑。　　(2)由于本文仅仅是谈谈个人多年来对于自己使用的纵向石墨炉的体会和看法，之所以例举了横向石墨炉的一些特点，也仅仅是为了做对比说明，仅此而已，并无丝毫褒贬和厚此薄彼之意，特此说明。

今年1月，三星电子在学术期刊 Nature 上发表了全球基于 MRAM（磁性随机存储器）的存内计算研究。存内计算由于毋需数据在存储器和处理器间移动，大大降低了 AI 计算的功耗，被视作边缘 AI 计算的一项前沿研究。三星电子的研究团队通过构建新的 MRAM 阵列结构，用基于 28 nm CMOS 工艺的 MRAM 阵列芯片运行了手写数字识别和人脸检测等 AI 算法，准确率分别为 98% 和 93%。研究人员表示，MRAM 芯片应用于 in-memory computing（内存内计算）电脑，十分适合进行神经网络运算等，因为这种计算架构与大脑神经元网络较为相似。 MRAM 器件在操作速度、耐用性和量产等方面具有优势，但其较低的电阻使 MRAM 存储器在传统的存内计算架构中无法达到低功耗要求。在本篇论文中，三星电子的研究人员构建了一种基于 MRAM 的新存内计算架构，了这一空白，这是MRAM研究的又一新突破。 近期，国内的众多课题组也在MRAM研究上取得了许多重量的工作。例如北航的赵巍胜课题组在2020年发表在APL上的——具有垂直各向异性的氦离子辐照W-CoFeB-MgO Hall bars中的自旋轨道矩(SOT)驱动的多层转换一文中，运用了特的氦离子辐照技术对W(4 nm)/CoFeB (0.6 nm)/MgO (2 nm)/Ta (3 nm)多层膜进行了结构的调控，通过对调控前后以及过程中磁学和电学性质变化的研究，表明这种使用离子辐照调控多层电阻的方法在实现神经形态和记忆电阻器件领域显示出巨大的潜力。图中Kerr 图像显示了 SOT 诱导的磁化转换过程中Hall bars电流的增加，白色虚线表示纵向电流线和横向电压线。红色方框对应于氦离子辐照区域。（ii） 和 （iv） 中的黄色箭头代表畴壁运动的方向。 离子辐照除了在MRAM研究领域小试牛刀外，在斯格明子的研究中也令人眼前一亮。 法国自旋电子中心(SPINTEC) 和法国Spin-Ion公司合作发表在NanoLetters上的一篇文章，题目为：氦离子辐照让磁性斯格明子“走上正轨”。文中指出，氦离子辐照可被用于在“赛道上”“创造”和“引导”斯格明子，文章证明了氦离子辐照带来的垂直磁各向异性和DMI的变小，可导致稳定的孤立斯格明子的形成。图中红色轨道尺寸为6000×150 nm2，间距为300 nm，用氦离子辐照的区域。图中显示了氦离子辐照的红色轨道区域不同磁场下的MFM图像。 以上两篇文章采用的离子辐照设备来自法国Spin-Ion公司。法国Spin-Ion公司于2017年成立，源自法国研究中心/巴黎-萨克雷大学的知名课题组。Spin-Ion公司采用Ravelosona博士的创新技术，在磁性材料的离子束工艺方面有20年的经验，拥有4项和40多篇发表文章。Spin-Ion公司推出的产品——可用于多种磁性研究的离子辐照磁性精细调控系统Helium-S，可通过紧凑和快速的氦离子束设备控制原子间的位移。该设备使用特有的离子束技术在原子尺度上加工材料，可通过离子束工艺来调控薄膜和异质结构。目前全球已有20多家科研和工业的用户以及合作伙伴使用该技术。2020年Spin-Ion公司在中国也已安装了套系统，Helium-S有的技术能力正吸引来自相关科研圈和工业领域越来越多的关注。 产品主要应用领域：磁性随机存储器(MRAM)：自旋转移矩磁性随机存储(STT-MRAM), 自旋轨道矩磁性随机存储(SOT-MRAM), 磁畴壁磁性随机存储(DW-MRAM)等自旋电子学：斯格明子，磁性隧道结，磁传感器等磁学相关：磁性氧化物，多铁性材料等其他：薄膜改性，芯片加工，仿神经器件，逻辑器件等 产品特点：● 可通过紧凑和快速的氦离子束设备控制原子间的位移，通过氦离子辐照可调控磁性薄膜或晶圆的磁学性质。● 可提供能量范围为1-30 keV的He+离子束● 采用创新的电子回旋共振（ECR）离子源● 可对25毫米的试样进行快速的均匀辐照（如几分钟）● 超紧凑的设计，节省实验空间● 也与现有的超高真空设备互联 测试数据：调控界面各向异性性质和DMI 低电流诱发的SOT转换获取 控制斯格明子和磁畴壁的动态变化 用户单位 已经购买该设备的国内外用户单位：University of California San Diego (USA)University of California Davis (USA)New York University (USA)Georgetown University (USA)Northwestern University (USA)University of Lorraine (France)SPINTEC Grenoble (France)University of Cambridge (UK)University of Manchester (UK)Beihang University (China)Nanyang Technological University and A*STAR (Singapore)University of Gothenburg (Sweden)Western Digital (USA)IBM (USA)Singulus Technologies (Germany) 文章列表：[1]. Tailoring magnetism by light-ion irradiation, J Fassbender, D Ravelosona, Y Samson, Journal of Physics D: Applied Physics 37 (2004)[2]. Ordering intermetallic alloys by ion irradiation: A way to tailor magnetic media, H Bernas & D Ravelosona, Physical review letters 91, 077203 (2003)[3]. Influence of ion irradiation on switching field and switching field distribution in arrays of Co/Pd-based bit pattern media, T Hauet & D Ravelosona, Applied Physics Letters 98, 172506 (2011)[4]. Ferromagnetic resonance study of Co/Pd/Co/Ni multilayers with perpendicular anisotropy irradiated with helium ions, J-M.Beaujour & A.D. Kent & D.Ravelosona &E.Fullerton, Journal of Applied Physics 109, 033917 (2011)[5]. Irradiation-induced tailoring of the magnetism of CoFeB/MgO ultrathin films, T Devolder & D Ravelosona, Journal of Applied Physics 113, 203912 (2013)[6]. Controlling magnetic domain wall motion in the creep regime in He-irradiated CoFeB/MgO films with perpendicular anisotropy, L.Herrera Diez & D.Ravelosona, Applied Physics Letter 107, 032401 (2015)[7]. Measuring the Magnetic Moment Density in Patterned Ultrathin Ferromagnets with Submicrometer Resolution, T.Hingant & D.Ravelosona & V.Jacques, Physical Review Applied 4, 014003 (2015)[8]. Suppression of all-optical switching in He+ irradiated Co/Pt multilayers: influence of the domain-wall energy, M El Hadri & S Mangin & D Ravelosona, J. Phys. D: Appl. Phys. 51, 215004 (2018)[9]. Tuning the magnetodynamic properties of all-perpendicular spin valves using He+ irradiation, Sheng Jiang & D.Ravelosona & J.Akerman, AIP Advances 8, 065309 (2018)[10]. Enhancement of the Dzyaloshinskii-Moriya Interaction and domain wall velocity through interface intermixing in Ta/CoFeB/MgO, L Herrera Diez & D Ravelosona, Physical Review B 99, 054431 (2019)[11]. Enhancing domain wall velocity through interface intermixing in W-CoFeB-MgO films with perpendicular anisotropy, X Zhao & W.Zhao & D Ravelosona, Applied Physics Letter 115, 122404 (2019)[12]. Controlling magnetism by interface engineering, L Herrera Diez & D Ravelosona, Book Magnetic Nano- and Microwires 2nd Edition, Elsevier (2020)[13]. Reduced spin torque nano-oscillator linewidth using He+ irradiation, S Jiang & D Ravelosona & J Akerman, Appl. Phys. Lett. 116, 072403 (2020)[14]. Spin–orbit torque driven multi-level switching in He+ irradiated W–CoFeB–MgO Hall bars with perpendicular anisotropy, X.Zhao & M.Klaui & W.Zhao & D.Ravelosona, Appl. Phys. Lett 116, 242401 (2020)[15]. Magnetic field frustration of the metal-insulator transition in V2O3, J.Trastoy & D.Ravelosona & Y.Schuller, Physical Review B 101, 245109 (2020)[16]. Tailoring interfacial effect in multilayers with Dzyaloshinskii–Moriya interaction by helium ion irradiation, A.Sud & D.Ravelosona &M.Cubukcu, Scientific report 11, 23626 (2021)[17]. Ion irradiation and implantation modifications of magneto-ionically induced exchange bias in Gd/NiCoO, Christopher J. Jensen & Dafiné Ravelosona, Kai Liu, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 540, 168479 (2021)[18]. Helium Ions Put Magnetic Skyrmions on the Track, R.Juge & D.Ravelosona & O.Boulle, Nano Lett. 2021 Apr 14 21(7):2989-2996 参考文献：[1]. Nature 601, 211-216（2022）[2]. Appl. Phys. Lett 116, 242401 (2020)[3]. Nano Lett. 2021 Apr 14 21(7):2989-2996

氮化镓（GaN）器件具有更高耐压，更快的开关频率，更小导通电阻等诸多优异的特性，在功率电子器件领域有着广泛的应用前景：从低功率段的消费电子领域，到中功率段的汽车电子领域，以及高功率段的工业电子领域。相比于横向器件，GaN纵向功率器件能提供更高的功率密度、更好的动态特性、更佳的热管理及更高的晶圆利用率，近些年已取得了重要的进展。而大尺寸、低成本的硅衬底GaN纵向功率器件更是吸引了国内外众多科研团队的目光。中科院苏州纳米所孙钱研究团队在读博士研究生郭小路及其他团队成员的合作攻关下，经过近三年时间的不懈努力，先后在高质量异质外延材料生长及掺杂精确调控、器件关态电子输运机制及高压击穿机制、高性能离子注入保护环的终端开发等核心技术上取得突破，该系列研究工作先后发表于电子器件领域国际专业学术期刊IEEE Electron Device Letters, vol. 42, no. 4, pp. 473-476, Apr 2021. Applied Physics Letters, vol. 118, no. 24, 2021, Art. no. 243501. IEEE Transactions on Electron Devices, vol. 68, no. 11, pp. 5682-5686, 2021。团队成功研制出的高性能硅衬底GaN基垂直肖特基二极管，具有优异的正向导通性能（Ron=1.0 mΩcm2），开关比高达1011，理想因子低至1.06，正向输出电流1660A/cm2。器件的关态耐压达603V，器件的Baliga优值（衡量器件正反向电学性能的综合指标）为0.26GW/cm2。器件在175oC的高温及380V反向偏压下，开关性能仍未发生失效，综合实现了耐高温、耐高压等优异特性。硅衬底GaN基纵向功率二极管器件性能目前处于国际前列。上述系列工作的主要作者为中科院苏州纳米所在读博士研究生郭小路，团队特别研究助理钟耀宗博士和已毕业博士生何俊蕾等为相关工作作出了重要贡献，通讯作者为孙钱研究员和周宇副研究员。上述工作得到了国家自然科学重点基金项目、国家重点研发计划课题、中国科学院重点前沿科学研究计划、江苏省重点研发计划项目等资助。图1. GaN 水平器件与垂直器件的特点比较图2. GaN基纵向功率二极管的关态击穿电压与开态导通电阻（Ron,sp）的评价体系。国内外相关研究团队的自支撑衬底和硅衬底GaN基肖特基势垒二极管（SBD）,结势垒肖特基二极管（JBS），凹槽MOS型肖特基二极管（TMBS）器件性能的比较。图3.（a）硅基GaN纵向功率二极管的外延结构（b）外延材料的CLmapping（c）器件的结构示意图（d）制备器件的离子注入保护环。图4.（a）线性坐标下与（b）对数坐标下有、无离子注入保护环(GR)终端的硅基GaN纵向SBD的正向IV曲线（c）不同温度下硅基GaN纵向SBD的开态导通电阻（d）离子注入保护环个数对反向击穿耐压的影响。(e)有、无离子注入保护环对硅基GaN纵向SBD温度特性的影响。

对于研究磁学的科研工作者来说，市场上有不少测量静态磁学的仪器设备：高端的有Quantum Design公司著名的MPMS3（SQUID）以及功能更为丰富的PPMS系统；中等的有各种振动样品磁强计（VSM）；低端一些的有磁滞回线测试仪。另外还有一些辅助的磁学测量手段，例如磁光克尔效应测量，磁扭矩测量，磁弹性测量等，可以说静态磁学测量系统的手段是非常丰富的。然而静态磁学测量手段反映的只是宏观统计的测量结果，无法反映微观磁相互作用的结果。比较为大家所熟知的动态磁学测量手段就是铁磁共振测量。但是铁磁共振测量涉及到高频信号传输和复杂的数据分析，通常需要用昂贵的矢量网络分析仪来搭建，对于大多数科研工作者来说是非常困难的任务，而且信噪比难以达到较高的水平。瑞典NanOSC公司的phase-FMR铁磁共振测量系统，采用了两种特殊技术，在大提高测量信噪比的同时，对测量人员的技术要求也大为降低。先，phase-FMR采用了亥姆霍兹线圈加锁相放大器技术，使得交流信号测量的精度得到大提升，下图是系统的测量原理图。其次，phase-FMR使用了更加容易操作的CPW共面波导板作为高频信号的传输部件。使得测量频率范围更宽，也不再象谐振腔那样，限于几个特殊的频率点。可以在2-40GHz范围内的任何频率下进行测量。通过铁磁共振测量，获得不同频率下的共振线宽，就可也拟合出样品的相关动态磁学参数，主要有：有效磁矩: Meff，旋磁比: γ，阻尼系数: α，非均匀展宽: ΔHo。同时也可以获得饱和磁化强度Ms的信息。测量实例： 1、1.5纳米CFO薄膜的铁磁共振原始测量曲线及测量软件自带的数据分析曲线。即使使用高精度的MPMS系统，1.5纳米的薄膜测量起来已经比较困难了。Phase-FMR依然能获得较好的测量曲线。 2、退火对样品的磁学性能的影响 3、磁性薄膜的PSSW和FMR效应相关产产品链接：1、高精度铁磁共振仪 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C221410.htm2、美国Montana无液氦超低振动低温光学恒温器 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C122418.htm3、PPMS 综合物性测量系统 http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C17086.htm

近日，致真精密仪器的多功能磁光克尔显微成像系统入选了工业和信息化部装备工业一司的智能检测装备创新产品目录（第一批）。此活动是由智能检测装备产业发展联盟为贯彻落实《智能检测装备产业发展行动计划（2023-2025年）》，加快形成新质生产力，根据《关于征集智能检测装备创新产品的函》（工通装函〔2023〕538号）并受工业和信息化部装备工业一司委托，组织专家对征集产品进行遴选评选而来。经第三方机构遴选后，将建立智能检测装备创新产品项目库，为后续分类施策提供依据。成熟产品将优先推荐纳入到首台（套）保险补偿和市场推广。荣誉的取得是对致真精密仪器长期技术积累和持续创新精神的肯定，意味着公司产品“具有明确应用场景，可满足国家战略需求或具有广阔市场前景，技术水平处于国内领先或国际先进水平”。[1]智能检测装备是智能制造的核心装备，是制造业创新转型升级的关键环节。国务院在2024年两会结束后发布《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，围绕推进新型工业化，特别强调重点行业设备更新改造。致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代，积极响应政策号召。本次活动入选的多功能磁光克尔显微成像系统，可对磁性材料和自旋电子器件进行高分辨磁畴成像，分辨率可达220纳米，能够清晰观察硅钢材料、永磁材料、纳米磁性薄膜、自旋电子器件中的磁畴变化，研究斯格明子磁泡、磁性材料缺陷等微观结构。为适应前沿科学研究和产品研发的多场景测试需求，配置高度智能化的控制系统和多功能磁场探针台，将光学成像、多维磁场、电学输运表征、微波测试、变温模块集成于一体，一键操作便能实现磁场、电流、自旋轨道矩、自旋转移矩等各种激励条件下的磁动力学过程观察。可在二次谐波、ST-FMR测量的同时，同步观察磁性变化；微秒级快速反应磁场，能够进行高精度磁畴速度测量和DMI测量。磁光克尔显微镜让磁学测试“眼见为实”！[1]《关于征集智能检测装备创新产品的函》（工通装函〔2023〕538号）创新产品征集要求（二）。

磁性软体机器人已有多种应用，特别是在与人体密切相关的生物医学领域。如自折叠式“折纸”机器人可以在肠道中爬行、修补伤口、将吞下的物体取出来；胶囊状的机器人可以沿着胃的内表面滚动，进行活组织检查并运送药物。此外，科学家们还研制出了尺寸从几百微米到几厘米不等的更薄的线型机器人，它们有可能在大脑血管中穿行，以治疗中风或动脉瘤。磁性软体机器人的进一步小型化可能带来新的应用，如在小的血管中进行操作甚至操纵单个细胞，但制备这样的微型机器人并非易事[1]。 2019年11月，瑞士联邦理工学院的Cui Jizhai（现任职复旦大学） 、Huang Tian-Yun 及其同事在Nature发表了名为“Nanomagnetic encoding of shape-morphing micromachines”的文章[2]，该工作使用电子束光刻技术，制造出了只有几微米大小的可磁重组机器人，通过对单个区域的纳米磁体进行设计，将形状变化指令通过编程的方式输入微型机器人，对纳米磁体施加特殊的磁场序列后，实现微型机器人的形状变化，如图一所示。图一 四片式变形微机械的设计 a.磁体磁态随尺寸增大的示意图：i.超顺磁性；ii.室温下稳定的单畴；iii.多畴态。b. 部，四个面板微机械，面板I上有520 nm×60 nm（I型）纳米磁体阵列，面板II上有398 nm×80 nm（II型）纳米磁体阵列；底部，纳米磁体阵列的相应SEM图像。c. 体积相同但长宽比不同的单畴纳米磁体的磁光克尔效应磁滞回线。d.根据矫顽力的不同选择两个磁场对微机械进行编码的示意图。e. 应用控制磁场B=15 mT时的磁性结构（I型和II型纳米磁体）和微机械折叠行为示意图，光学显微镜图像显示了所制造器件的四种不同结构。从左到右，上/下折叠的面板数为4/0、3/1、2/2（折叠方向不同的对面面板）和2/2（折叠方向相同的对面面板）。 这项工作构建了一个模块化单元的集合，这些模块化单元可以编程为字母表中的字母，此外还构建了一个微型的“鸟”，能够进行复杂的行为，包括“拍打”、“悬停”、“转弯”和“侧滑”，如图二所示。这为创造未来的智能微系统建立了一条路线，这些智能微系统可以重新配置和原位重新编程，可以适应复杂的情况。图二 折纸式的微型“鸟”与多种形状变形模式 文章中，作者使用了英国Durham Magneto Optics Ltd.公司的磁光克尔效应系统-NanoMOKE3对不同型的纳米磁体进行了磁滞回线测试，同时使用该设备的电磁铁产生的磁场对纳米磁体阵列进行了编程。NanoMOKE3可以进行微区的超高灵敏度测试，在本工作中，作者通过激光聚焦在不同的纳米磁体上获得对应的磁滞回线，如图一c所示，为微型机器人的磁学编码工作提供了帮助。图三 磁光克尔效应系统-NanoMOKE3 NanoMOKE3主要技术特点：超高灵敏度~10-12emu微区磁滞回线，激光光斑~2μm超快测试速度，1秒内可获得磁滞回线克尔角检测＜0.5 mdeg纵向/横向/向克尔磁畴成像扩展无液氦低温MOKE图四 与Montana S50超精细多功能无液氦低温光学恒温器联用的低温MOKE 温度范围4.2K~350K磁场纵向＞0.4T，向＞0.3T 参考文献：[1] X H,zhao. et al. Nature 575, 58-59 (2019)[2] Cui, J. et al. Nature 575, 164–168 (2019).

很多朋友问：SPECIM FX10高光谱相机采用面阵CMOS探测器，为1312 x1082 Pixels，224个光谱通道数，采用推扫式成像，那探测器的纵向1082像元与224个光谱通道之间为什么不成比例，或者224个通道的光谱信息是如何被1082个像元所感知？ 我们先来了解一下高光谱相机的工作原理: 目标物的反射光通过镜头收集并通过狭缝增强准直照射到分光元件上（透射光栅），经分光元件在垂直方向按光谱色散，经分光元件后成像在CMOS探测器上。探测器的水平方向平行于狭缝，称空间维（1312 个像元或光敏元），每一行水平光敏元上是一个光谱波段下的像；探测器的垂直方向（1082个像元或光敏元）是色散方向，复色光经过分光元件（透射光栅）分光后，被色散分离成为单色光，通过成像系统，投射在探测器的垂直方向上，并成为按波长大小依次排列的光谱图，称光谱维（224个光谱通道）。 那探测器的纵向1082像元与224个光谱通道之间为什么不成比例，或者224个通道的光谱信息是如何被1082个像元所感知？实际上进入高光谱相机的光不会分散在探测器上整个的纵向1082个像元上，而只是其中的一部分：224个光谱通道（波段）。 这意味着在可用的 1082 个像元中，真正使用的只有224个。 高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。 所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或R、G、B通道，而是多达几百个通道，例如：SPECIM FX10高光谱相机可以把400nm-1000nm的光谱范围分为224个通道。因此，通过高光谱相机获取到的是一个数据立方，不仅有图像信息，并且在光谱维度上进行展开获得几百个谱段信息。结果不仅可以获得图像上每个点的光谱数据，还可以获得任一个谱段下的图像信息。 高光谱成像技术的这种“全光谱”功能让人们可以看到一个场景中每一个可分辨的空间位置上的多达几百个光谱信号，每种物质都有其特有的光谱信息（光谱指纹）。因此高光谱成像的应用场景很丰富，其中包括：食品安全、农作物健康监测（植物表型分析）、工业检测、无人机载高光谱成像分析、矿物勘探、农业遥感、环境监测、艺术品鉴别；显示屏光学性能检测、印刷品色差测量、中西药质量控制等；以及塑料分选、黑色塑料分选、垃圾分类、工业分选、矿石分选等按物品材质进行识别分拣。

昊量光电NEOARK 产品培训为了更好的了解产品，及后期产品服务的能力，上海昊量作为NEOARK在国内的代理商前往日本NEOARK公司接收了深入产品技术培训。培训内容包括磁学产品、DMD无掩膜光刻机及相关激光器等设备的安装，使用的培训，并且对相关领域的销售中常见的技术问题进行交流。部分培训内容包括：对磁学产品进行了系统的培训，主要针对如下三款磁学测量设备的结构，安装，调试，及使用，并现场测量多个昊量工程师带来的样品。①MOKE 磁性测量设备磁性测量系统采用高聚焦激光，激光光斑大小仅为1μm，可以进行微区的 磁性检测。一机可以进行极向克尔效应和纵向克尔效应的测量。克尔角的分辨率可以达到0.001°，并可以根据客户不同的要求进行定制。 除u-MOKE之外，还有大激光光斑的磁光克尔效应测量系统，可提供极向、纵向、横向不同配置的磁光克尔效应测量系统（注：此两款产品均可以添加低温、应力、电压等外界条件。）②MOKE 磁光克尔显微镜磁光克尔显微镜主要是用于研究微区磁畴的变化。NEOARK公司的磁光克尔显微镜采用偏光成像的方式进行磁畴的观察。采用这种观察方式可以对磁畴的实时变化进行观察，分辨率优于1μm，并可以根据磁畴的图片获得磁性材料的磁滞回线。NEOARK的磁光克尔显微镜主要有两种大型磁光克尔显微镜，可以进行面内和极向两个方向的观察。采用非磁物镜，最大磁场可达2T。此外还提供一款小型磁畴观察设备，该款磁光克尔显微镜可进行面内观察方向，光源采用LED，寿命可达到10000小时。最大磁场为1KOe。 ③磁性测量+磁光克尔显微镜系统这是一款集磁性测量和磁畴观察于一身的设备。其中磁性测量采用高聚焦光斑可以达到很高的精度和灵敏度并可进行微区的磁性测量。磁畴观察使用偏光成像的方法，利用面光源分辨率可达到1μm以下，并可同时进行磁畴观察和磁性的测量。 另外对Neoark还对昊量相关工程师进行了无掩膜光刻机的产品培训。NEOARK生产的无掩膜光刻机以DMD作为数字掩膜，无需制作掩膜。采用365nm的LED为光源，寿命可达10000小时以上，使用10倍物镜线宽可达3μm，光刻面积1*0.6mm，使用电动平移台可实现拼接，使曝光面积大25mm*25mm。 通过本次培训，昊量光电销售人员对Neoark磁学产品及光刻机及相关产品的应用，安装，调试，使用都有了更进一步的理解解。为今后昊量光电在磁学产品，无掩膜光刻机等产品提供更加优质的售前售后服务打下了坚实的基础。

为贯彻落实《国务院办公厅转发中央编办质检总局关于整合检验检测认证机构实施意见的通知》(国办发〔2014〕8号)，5月5日至8日，质检总局副局长、认监委主任孙大伟赴湖北调研检验检测机构整合工作，与湖北省委常委、宜昌市委书记黄楚平在宜昌市座谈，沟通进一步推动湖北检验检测机构整合工作。　　5月5日，孙大伟在武汉出席了由部分直属检验检疫局、质量技术监督局、中检集团以及技术机构代表参加的检验检测认证机构整合工作座谈会。孙大伟强调，要进一步统一思想，深刻认识整合检验检测认证机构的意义和目标；要坚定信心，扎实推进质检系统检验检测认证机构整合工作 要主动改革，规划行业未来发展做大做强检验检测认证高技术服务业。　　5月6日至8日，孙大伟先后赴鄂州市、荆州市、荆门市京山县、宜昌市，实地调研鄂州市有机产品检测认证综合服务基地、荆州市国家石油钻采设备质检中心建设工地、京山县公共检验检测中心和宜昌市三峡产品质量检验检测中心等，调研了鄂州市委、市政府正在实施的整合质监、食药、农业、卫生、粮食、住建、交通运输等部门所属检验检测机构，组建鄂州检验检测中心的工作进展情况 调研了京山县整合县内不同部门所属七家检验检测机构，建设涵盖食品药品、农产品、工业产品和计量检定测试等内容公共检验检测平台的做法；调研了宜昌市整合质监局所属产品质量监督检验所、食药监所属食品药品检验所和粮食局所属粮油食品质量监督检测中心三家机构，组建宜昌市三峡产品质量检验检测中心，建设区域性检验检测平台，承担各级政府部门在工业产品、食品、药品、医疗器械等领域的检验任务和社会检测需求的整合探索工作。　　孙大伟肯定了湖北检验检测机构在省特种设备检验检测机构纵向整合、市县所属统计检验检测机构跨部门横向整合走在全国前列，为全国检验检测认证机构整合工作提供宝贵的经验。他指出检验检测认证机构整合工作，就是在进一步理顺政府和市场关系的基础上，积极实行政事分开、事企分开和管办分离，充分发挥市场在资源配置中的决定性作用。他强调检验检测认证机构整合只是手段，要大力推进整合，优化资源配置，创新体制机制，转变发展方式，提升检验检测认证机构市场竞争力，推动检验检测认证服务业做大做强。　　黄楚平表示，湖北省特别是宜昌市将以检验检测机构整合为契机，探索搭建完善的与城市经济社会发展相适应的质量公共服务平台，推动检验检测高技术服务业发展，促进湖北经济结构调整和转型升级，着力发展&ldquo 绿色经济&rdquo ，支撑湖北建设资源节约型、环境友好型社会。　　质检总局科技司、人事司、认监委，湖北检验检疫局，湖北省质监局相关人员参加调研与座谈。

近日，南昌大学化学化工学院、高分子及能源化学研究院陈义旺教授团队在能源转化和存储领域取得重要研究进展。在能源转化领域，通过调节铅基/非铅基钙钛矿吸光层结晶行为，实现高效、稳定钙钛矿光伏器件。在能源存储领域，通过构造和调控多级纳米结构与电极界面，实现高效氧还原电催化剂和锌金属电池的制备。得益于简易的溶液加工方式、优异的半导体性能以及对柔性可穿戴设备的兼容性，钙钛矿太阳电池已成为光伏商业化应用中极具潜力的候选者之一。然而，相比于传统光伏技术长达20年的使用寿命，钙钛矿太阳电池的稳定性仍是制约其商业化应用的关键因素。作为制备钙钛矿太阳电池的初始材料，前驱体溶液中的高活性组分极易发生副反应，从而引发钙钛矿太阳电池的效率批次性以及稳定性问题。此外，由于对溶液表征手段的局限性，前驱体溶液中胶粒的组装行为对后续晶体的生长影响仍未可知。鉴于此，陈义旺团队利用先进的液体飞行时间二次离子质谱仪作为“分子眼”评估前驱体物种差异，刨析前驱体溶液接触空气后的化学演变，直观揭示钙钛矿前驱体溶液老化本质。同时，结合氢键强度变化与离子团簇含量差异，可视化低维钙钛矿前驱体溶液中胶粒组装与量子阱演化之间的内在联系，实现低维钙钛矿模组可印刷性的突破。为进一步论证氢键作用在形核结晶过程的普适性，在无铅钙钛矿体系中揭示了以盐析结晶为主导的反溶剂机制和以氢键强弱为依据的挑选反溶剂的通用规则，发展了以乙酸为代表的一类多功能绿色新型反溶剂。此外，针对两步法中碘化铅的残留问题，引入“多功能胶囊”概念构筑多孔通道，促进固液界面反应，并通过下转换效应提高光利用率，实现高效、稳定的钙钛矿太阳电池的制备。团队进一步总结了钙钛矿太阳电池中离子迁移的起源和抑制离子迁移的有效策略，并创新性地从整体器件的角度提出了抑制离子迁移的前瞻性方法，为开发高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了新思路。针对当前商业化的锂离子电池面临的性能、安全和成本等瓶颈，研发下一代环境友好型储能技术以提高器件功率密度、能量密度、安全性，降低制造成本显得尤为重要。得益于资源丰度高及绿色无污染等特性，水系锌基电化学储能器件极具发展前景。为提高水系锌空气电池的功率密度及稳定性，陈义旺团队通过在邻苯二甲腈功能化石墨烯表面经微波聚合原位生长铁酞菁聚合物，通过液相原位电荷剥离策略，制备得到铁酞菁聚合物纳米片纵向接枝于石墨烯的多级次纳米片，作为高效氧还原电催化剂用于液态和柔性准固态锌空气电池。此外，为克服锌金属负极面临的枝晶生长、腐蚀、钝化等问题，团队采用聚阳离子电解质－聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDD）作为添加剂双向调控电解液和锌/电解液界面电场，改善Zn2+迁移行为，诱导Zn(002）优势沉积，成功构筑高可逆和高稳定性的锌金属电池。团队长期围绕能量转换与存储器件关键材料与技术等方面开展研究，发展了一套可全自动化印刷制备工艺，实现大面积柔性固态能量转换与存储器件（太阳电池、超级电容器、金属－空气电池）的制备、集成及应用，在专利技术和工艺优化中取得连续突破，为进一步的产业化提供了支撑。团队最新研究成果近期连续在化学和材料顶级期刊Angewandte Chemie International Edition，Advanced Materials和Energy & Environmental Science上发表（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e2022157 Angew. Chem. Int. Ed.,2023, e202303177 Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e2023016 Angew. Chem. Int. Ed., 2023, e202302701 Adver. Mater., 2023, 2301852 Adver. Mater.,2023, 2302552 Energy Environ. Sci.,2023, 10.1039/D3EE00202K），南昌大学为论文第一及通讯作者单位。

政府不仅从自身采购下手，财政部、商务部、税务总局三部委联合发文《关于研发机构采购设备增值 税政策的公告》明确指出内资研发机构和外资研发中心采购国产设备全额退还增值 税。也就是说只要是研发中心，采购国产设备，一律退回增值 税！国家在用真金白银补贴国产设备！其中，哪些研发机构能够适用政策？哪些国产设备能够退还增值 税？享受退税政策需要做哪些准备？...今天，致真小编带您看看具体内容~↓↓↓素材来源：南宁税务服务号致真精密仪器根据政策要求，通过先进的技术和用心的服务，协助各位老师准确、科学、快速地完成申报，公司拥有以下重点产品：1）原子力显微镜系列产品2）磁控溅射系列设备3）芯片制造与应用教学训练成套系统4）晶圆级低温磁场探针台5）晶圆级全自动磁场探针台......2024年致真精密仪器自研科技仪器清单如下：01原子力显微镜系列科研级原子力显微镜AtomicaPrecision点击图片查看更多产品介绍利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征，纵向噪音水平低至0.03 nm(开环），可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。可以测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、磁性、电极化等性质，还可以在真空，大气或溶液下工作，在材料研究中获得了广泛的使用。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 多功能配置● 稳定性强● 可拓展性良好典型案例晶圆级原子力显微镜Wafer Mapper-M点击图片查看更多产品介绍利用微悬臂探针结构可对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征。样品台兼容12寸晶圆，电动样品定位台与光学图像相结合，可在300X300mm区域实现1μm的定位精度，激光对准，探针逼近和扫描参数调整完全自动化操作。可用于产线，对晶圆粗糙度进行精密测试。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 可旋转式扫描头● 多功能配置● 稳定性强、可拓展性良好典型案例02磁控溅射系列设备点击图片查看更多产品介绍多功能多靶磁控溅射系统，具有超高真空，单原子层沉积精度的特点。可根据需求配置4 inch以下的圆形阴极，可选择共焦溅射、垂直溅射、自动传输、反应溅射等配置。适用于研发和生产中高精度工艺以及多靶溅射的需求。设备亮点● 超高真空● 单原子层级精准调控● 多靶共溅射● 精确制备● 精确的工艺调控典型案例03多功能磁光克尔显微成像系统KMPL-Spin-X点击图片查看更多产品介绍利用磁光克尔效应，观测磁性材料和器件中的磁化状态的光学显微成像设备。与传统的电学测试相比，磁光克尔显微成像测试能清晰直观了解样品内的磁化状态空间分布和时间演化，适用于磁性材料和自旋电子器件的测试和产品研发。设备亮点● 极向、纵向和横向成像● 垂直/面内磁畴成像● 220nm空间分辨率● 多功能探针台● 多功能控制系统典型案例04低温磁场探针台PS1DX-Cryo点击图片查看更多产品介绍多功能无液氦消耗型的低温探针台，使用4K GM制冷机做冷源以冷却样品，可实现样品温度8K至420K内；配置最大磁场可达士0.65T的面内电磁体；配置4个超稳定微操作探针臂，搭配多规格的探针、电缆、样品托和可用于对直径最大25毫米（1英寸）的样品进行磁电阻、二次谐波和自旋泵浦等直流和微波测试。典型样品包括半导体器件、微纳器件、磁性材料和自旋电子器件等。设备亮点● 样品温度精准控制● 采用GM制冷机作冷源，运行过程无需液氦消耗● 可配置超导磁体，垂直磁场可达3 T● 高精度双极性磁体电源● 多级减震● 集成化、智能化操作● 无损测试典型案例05芯片制造与应用教学训练成套系统点击图片查看更多系统功能描述用于集成电路学科的芯片制造工程实训、芯片功能教学演示、以及简单电子器件的微纳加工。基于本系统,能够让学生从材料生长、检测光刻、刻蚀、键合、封测和应用各环节直观了解芯片制造工艺，并实际上手操作，亲身体验，接受成套训练，并将自己制造的芯片进行应用演示可支撑《集成电路工艺原理》、《微纳加工技术》等课程实验环节的开展也可以用于学生的工程实训，实现从“工程实训做锤子”到“每个学生做一块芯片”的转变。本系统同时包含设备使用培训、教学案例等。 系统亮点● 材料生长系统● 光刻系统● 量检测系统● 刻蚀系统● 封测系统● 芯片演示系统典型案例除此之外，公司还研发了其他高端科技仪器，包括高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备等。

当今，电脑系统采用层次化存储架构：缓存、内存和闪存。离CPU越近，对存储器存储速度需求越高，如内存的速度为纳秒级别，而缓存则需要皮秒级别。 　　作为下一代存储器的有力竞争者，相变存储器的速度决定了其应用领域，而相变存储器速度主要由相变材料的结晶速度(写速度)所决定。 　　研究表明，相变存储器的热稳定性越差，结晶速度越快，而单质锑(Sb)是目前已知热稳定性最差的相变材料，可能具有最快的操作速度。 　　中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠和朱敏研究团队等通过分子动力学计算，发现单质锑能够在120 ps内从非晶结构中成核并进一步完全结晶。通过制备200 nm、120 nm和60 nm T型下电级器件的单质锑相变存储器件，研究发现随着器件尺寸减小，单质锑相变存储器的速度越快。 　　200 nm 单质锑器件最快的写速度为359 ps(见图1)，当器件尺寸微缩至60 nm时，写速度为~242 ps, 比传统Ge2Sb2Te5的快近100倍(20 ns)。通过与已报道的相变存储器的速度对比(见图2)，单质Sb器件的速度明显快于传统Sb-Te、Ge-Te以及 Ge-Sb-Te基相变存储器，其~242 ps的操作速度是目前相变存储器速度的极限。此结果表明，通过选择合适的相变材料，相变存储器有望具备替代内存甚至缓存的潜力。 　　该成果于1月31日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上(10.1002/adma.202208065)。该工作得到中科院战略性先导科技专项、国家自然科学基金等的支持。

磁性材料是构成现代工业的重要基础性材料，在永磁电机、磁制冷、磁传感、信息存储、热电器件等领域扮演着重要角色。在自旋电子学前沿领域，利用磁性材料中的磁矩引入额外对称性破缺效应是一个研究热点。最近，中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室的朱礼军团队在单晶CoFe (001)薄膜器件中观测到各向异性的平面能斯特效应（Planar Nernst Effect），其强度随 (001) 晶面的晶格方向强烈变化并呈现面内双轴各向异性（见图1）。当磁矩在外磁场驱动下在薄膜材料平面内旋转时，电流产生的温度梯度导致的平面能斯特电压表现为一个sin2φ依赖的二次谐波横向电压信号（φ为磁矩相对电流的夹角）。这种有趣的各向异性平面能斯特效应被认为主要起源于内禀的能带交叠效应，可能对谐波霍尔电压、自旋扭矩铁磁共振、自旋塞贝克等自旋电子学实验的分析产生重要影响（见图2），有望应用于能量收集电池和温度传感器等。然而，这种平面能斯特效应的各项异性并没有导致任何极化方向的非平衡自旋流（Spin Current）或自旋轨道矩（Spin-Orbit Torque）的产生。该工作以“Absence of Spin-Orbit Torque and Discovery of Anisotropic Planar Nernst Effect in CoFe Single Crystal”为题发表在期刊Advanced Science上 [链接:https://doi.org/10.1002/advs.202301409]。朱礼军研究员为通讯作者，博士后刘前标为第一作者，博士生林鑫作为合作者完成了有限元分析并参与了器件的加工测量。该工作的完成离不开中国科学院半导体研究所赵建华研究员（单晶CoFe样品生长）、周旭亮副研究员（光刻工艺）、北京师范大学熊昌民副教授（PPMS测试）、袁喆教授（能带理论讨论）的支持和帮助。相关工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委面上项目和中国科学院战略先导专项的资助。图1. （a）双十字霍尔器件中的平面能斯特效应；（b）CoFe (001)平面能斯特电压的各向异性。图2. 各向异性平面能斯特效应对（a）谐波霍尔电压、（b）自旋塞贝克、（c）自旋扭矩-铁磁共振等自旋电子实验的广泛影响及其在（d）热电器件方面的应用案例。

近期，QD中国样机实验室全新引进Lake Shore公司推出的M91快速霍尔测试仪，该快速霍尔测量系统可以与完全无液氦综合物性测量系统-PPMSDynaCool&trade 无缝连接。全新的M91快速霍尔测量方案采用革新的一体式设计，相比传统的霍尔效应测量解决方案，显著提高了测量的灵敏度、测量速度以及使用便利性。M91将所有必要的测量信号源和锁相等信号处理功能集于一体，在测量低载流子迁移率样品时相比其他测量手段有显著优势。左）：完全无液氦综合物性测量系统-PPMSDynaCool&trade ，右）：M91快速霍尔测试仪QD中国样机实验室M91快速霍尔测试仪集成于完全无液氦综合物性测量系统 M91快速霍尔测试仪能够检测样品电极接触状况并确保测量始终处于最佳样品条件下进行。尤其在测量低载流子迁移率材料时，M91可以更快、更准确地完成相关测量。得益于仪器特有的FastHall技术，消除了在测量过程中翻转磁场的必要性，测量速度可达传统方法的100倍，几秒钟内即可精确测量流动性极低的材料，使得该选件在PPMS上的测量效率大幅提升, 即便是在范德堡测量法(vdP)几何接线的测量过程中，也可以更快地分析低载流子迁移率材料样品。M91快速霍尔测试仪可以直观判定样品接触电极质量FastHall可以覆盖更低的载流子迁移率测量范围 产品特点：✔ 采用FastHall技术，在测量过程中无需进行磁场翻转✔ 全自动检查样品引线接触质量，提供完整的霍尔分析✔ 计算范德堡接线样品以及Hall Bar样品相关参数✔ FastHall测量技术在采用范德堡接线时可将载流子迁移率测量极限缩小到0.001 cm2/(Vs)✔ 可在显示屏直观显示检测过程，并具有触摸操作功能实时执行相关测量指令标准电阻套件——M91可以通过DynaCool杜瓦LEMO接口连接进行测量PPMS与M91的集成示例 标准测量模式下 PPMS DynaCool 采用自带样品托进行测量PPMS样品托电极接线方案该联用方案支持范德堡vdPauw 4引线连接以及Hall Bar 6引线连接模式，样品引线通过样品托底部针脚与PPMS样品腔连接并通过杜瓦侧面Lemo接口连接到M91测量单元上。该方案可以快速适配PPMS DynaCool系统并具有标准电阻测量范围（最大10 MΩ），使用常见的PPMS电学测量样品托即可完成相关测试。左）：M91通过多功能杆顶部的接口直接连接；右）：M91高阻模式PPMS多功能样品杆左) 高精度电学输运样品杆样品台 右) 样品杆顶部接口左）：样品板；右）：样品板插座此外，针对有高阻小信号测量需求的客户，QD中国样机实验室也匹配了LakeShore提供的高阻测量方案。该方案通过专用的多功能样品杆将样品板电极引线通过同轴电缆从样品腔顶部引出，从而获得更好的信噪比和更大的电阻测量范围（最大200 GΩ）。M91组件自带的MeasureLINK软件与PPMS MultiVu深度集成，可以与MultiVu工作在同一台主机上亦或是同一局域网下的任意一台主机上对系统进行控制。2K温度下使用PPMS 0-9T扫场的砷化镓二维电子气薄膜，采用范德堡测量法横向及纵向电输运测量结果准确反应了材料的整数量子霍尔效应 传统的直流场霍尔效应测量适用于具有较高迁移率的简单材料，但伴随着载流子迁移率的降低，测量难度增加，精度降低。在光伏、热电和有机物等前景广阔的新型半导体材料中，测量难度就增加了不少。 交流锁相技术结合先进锁相放大器和更长测量窗口，可以提取更小的霍尔电压信号，目前常用于探索低迁移率材料。然而，延长测量间隔会增加热漂移效应带来的误差，并且需要更长的时间来获得结果，有时甚至需要数小时。FastHall 技术有效解决了这些问题，甚至可以在几秒钟内精确测量极低迁移率的材料，极大的拓宽了材料研究测试的范围。为了便于广大客户全面了解和亲身体验M91快速霍尔测试仪，QD中国样机实验室引进了该设备样机，现已安装于公司样机实验室并调试完毕。即日起，我们欢迎对该设备感兴趣的老师和同学来访，我们在QD中国样机实验室恭候大家的到来。相关产品1、M91快速霍尔测试仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C554347.htm2、完全无液氦综合物性测量系统-DynaCoolhttps://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C18553.htm

德国尤利希研究中心领导的一个国际研究团队在最新一期《自然通讯》杂志上撰文指出，他们首次证明了在二维材料中存在一种奇异的电子态——费米弧，这为新型量子材料及其在新一代自旋电子学和量子计算中的潜在应用奠定了基础。　　研究人员解释说，他们检测到的费米弧是费米面的一种特殊形式。费米面在凝聚态物理中用于描述金属内电子的动量分布。通常这些费米曲面代表闭合曲面，而费米弧等例外情况非常罕见，通常与超导性、负磁电阻以及异常量子传输效应等奇异性质有关。　　科学家们目前面临的技术挑战是“按需”控制材料的物理特性，但这种实验测试在很大程度上仅限于大块材料，针对纤薄的拓扑二维（2D）材料开展相关研究是凝聚态科学领域的重大挑战。　　由于电子和晶体结构的相互作用，拓扑材料具有特殊的性质，而且免受干扰的影响。另一方面，二维材料是仅由一层原子或分子组成的材料，其中大名鼎鼎的二维材料是石墨烯，其由单层碳原子组成。由于其拥有不同寻常的特性，科学家们目前正在对其开展深入研究。　　最新研究使用的材料是二维铁原子层。与石墨烯相比，这些二维混合磁体也有其独特的特性，如它可以为设备内的手性异常找到潜在的用武之地；也有望为强关联拓扑材料开辟新的研究领域。　　研究人员在位于意大利的Elettra同步辐射实验室进行了实验，发现了材料内新奇的电子效应——费米弧。这一发现表明，科学家们可以通过外部磁场对低维系统中的拓扑状态进行量子控制，未来可以利用外部磁场让二维材料在人工智能和信息处理领域“大显身手”。

1月28日，泛林集团 发布了专为其最智能化的刻蚀平台Sense.i™ 所设计的最新介电质刻蚀技术Vantex™ 。基于泛林集团在刻蚀领域的领导地位，这一开创性的设计将为目前和下一代NAND和DRAM存储设备提供更高的性能和更大的可延展性。3D存储设备通常被应用于例如智能手机、显卡和固态存储驱动等。芯片制造商们一直以来都在通过纵向增加设备尺寸和横向减少关键尺寸(CD)持续降低先进技术产品的位成本，将3D NAND和DRAM中的刻蚀深宽比提升至更高水平。Vantex的全新腔室设计能够以更高的射频(RF)功率刻蚀更高深宽比的器件，提升产能，降低成本。更高的功率和射频脉冲技术的结合可以实现严苛的CD控制，从而改进器件功能。根据3D NAND设备的技术路线图，每一代刻蚀都需要实现更大的深度，这也推动了提升刻蚀轮廓均匀性的需求。Vantex技术控制了刻蚀的垂直角度，以满足这些3D器件结构设计密度要求，并在整个300mm晶圆上实现高良率。“10多年来，泛林集团一直在高深宽比刻蚀领域保持行业领先，我们所独有的经验使Vantex的腔室设计从一开始就能够为未来的许多技术节点提供可延展性和创新性。” 泛林集团高级副总裁、刻蚀产品事业部总经理Vahid Vahedi表示，“Vantex重新定义了刻蚀平台性能和生产效率的行业标杆，这一突破性的刻蚀技术对于客户来说非常有吸引力。”泛林集团Sense.i刻蚀平台具有Equipment Intelligence（设备智能）功能，可以从数百个传感器收集数据，监测系统和工艺性能。借助Sense.i系统的高带宽通信，Vantex刻蚀腔室在每个晶圆中采集的数据多于市场上其他任何设备——它能够更有效地分析和利用数据，以提高晶圆上和晶圆间的性能。泛林集团将持续向存储器行业的领军客户提供Sense.i平台上的Vantex以期获得客户认可和重复订单，助力客户在2021年实现高量产。

【科学背景】随着量子技术和纳米技术的迅猛发展，材料科学和凝聚态物理学中的许多新兴现象和应用逐渐引起了人们的关注。斯塔克效应（Stark effect），即外部电场引起的光谱线能量位移或分裂，是现代物理学中一个重要的概念。该效应最早由Johannes Stark在1913年发现，并因其对量子理论的显著贡献于1919年获得诺贝尔物理学奖。在凝聚态物理学中，斯塔克效应已经在各种固态量子系统中的激子（即电子和空穴的束缚对）中得到了广泛研究和应用。这些系统包括量子点、量子阱和范德华异质结构等。然而，尽管在激子斯塔克效应方面取得了显著进展，其他固态集体激发（如声子，即晶格振动的量子化激发）的斯塔克效应仍然未被揭示。声子在材料科学和凝聚态物理中扮演着至关重要的角色。它们不仅是热传导的主要载体，还在超导性、超快载流子动力学、非平衡现象以及磁性的超快控制等方面具有重要作用。尽管已有研究表明可以通过静电掺杂效应调控二维材料（如单层和多层石墨烯、单层过渡金属二硫属化物和黑磷）中的声子能量，但这些调控通常是非线性的且调制范围有限。因此，探索如何通过外部电场来有效调控声子能量，进而实现对材料性能的精确控制，是当前材料科学研究中的一个重要课题。为此，中科院物理所张广宇研究员，杜罗军研究员和Wang Yaxian（共同通讯作者）等一些科学家开始致力于研究声子的斯塔克效应。近年来，作者的研究团队在这方面取得了重要进展。相关研究在“Nature Communications”期刊上发表了题为“Observation of phonon Stark effect”的最新论文，引起了不小的关注！作者在二维量子固体双层2H-MoS2中首次观察到了声子的斯塔克效应。具体而言，当层间激子（IX）能量调节至其发射线附近时，双层2H-MoS2中的纵向声学（LA）声子模式在外部电场作用下发生线性红移，证明了声子的一级（也称为线性）斯塔克效应。显著的是，作者观察到的声子斯塔克效应非常巨大，频率变化可达约1&thinsp THz。这一发现不仅揭示了声子与层间激子之间的强耦合机制，还展示了通过电场调控声子态的有效方法。通过多体第一性原理计算，作者明确了声子斯塔克效应的微观起源，即声子与高度可调节的IX之间的强耦合。此外，作者还发现了由IX介导的电声子调制的发射强度，对于红外活性声子模式A2u，调制幅度高达约1200%。作者的研究不仅揭示了新兴的巨大声子斯塔克效应，还展示了通过IX介导机制实现声子态的有效电控制方法。这些发现为未来在电场可调谐声子激光器、热传输的动态控制和太赫兹声学-电子/光学器件等方面的应用奠定了基础。【科学亮点】1. 实验首次观察声子斯塔克效应：本研究首次在双层2H-MoS2中观察到由高效可调节栅极的层间激子（IXs）介导的线性声子斯塔克效应。具体来说，当IXs被调节至与其发射线共振时，LA(M)声子的能量开始随着施加的电场线性红移，证实了声子的一级斯塔克效应。2. 频率变化显著：实验发现，在实验可达的电场范围内，声子斯塔克效应的频率变化可以达到约1&thinsp THz，这表明了一个极其显著的效应。这种巨大频率变化的观察为进一步研究声子调控提供了新的方向。3. 多体第一性原理计算验证：通过多体第一性原理计算，研究团队揭示了LA(M)声子和IXs之间的强耦合是导致巨大声子斯塔克效应的根本原因。这种理论验证不仅支持了实验结果，还深入解释了声子斯塔克效应的微观机制。4. 发射强度重整化：实验还发现，对于红外活性A2u(Γ)声子模式，通过IXs介导的声子发射强度重整化可达到约1200%。这一结果表明，IXs不仅影响声子的能量，还显著调制了其发射强度，展示了IXs在声子工程中的潜力。5. 广泛应用前景：本研究展示了由IXs介导的新兴声子斯塔克效应和声子工程机制，并提出这种机制可以应用于广泛的固态量子系统，如TMD本征和异质结构。这一发现为未来许多体物理学现象和新颖应用（如声子激光器和太赫兹声学-电子器件）奠定了基础。【科学图文】图1：双层2H-MoS2中IXs的量子限制Stark效应。图2. 声子Stark效应的观察。图3. 声子和IXs之间的强耦合。图 4：声子强度的电调制与Davydov分裂。【研究结论】本研究揭示了声子斯塔克效应的新机制，并展示了由层间激子（IXs）介导的声子斯塔克效应对声子态的有效控制。首先，作者的实验首次在双层2H-MoS2中观察到了声子斯塔克效应，这一发现拓展了作者对固态集体激发的理解。通过实验发现，当IXs与声子的发射线共振时，外部电场导致声子能量的线性红移，从而实现了对声子态的有效调控。其次，作者的多体第一性原理计算进一步揭示了这一现象的微观机制，即LA(M)声子与IXs之间存在强耦合，导致了巨大的声子斯塔克效应。最后，作者还观察到了对红外活性声子模式的强度调制效应，进一步丰富了对声子态的控制手段。这些发现不仅拓展了声子斯塔克效应的研究领域，也为声子调控和声子工程提供了新的思路和方法。基于这一机制，作者可以进一步探索在其他固态量子系统中的应用，如TMD本征和异质结构，从而推动了声子激光器、太赫兹声学-电子器件等新型技术的发展。原文详情：Huang, Z., Bai, Y., Zhao, Y. et al. Observation of phonon Stark effect. Nat Commun 15, 4586 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-48992-w

近代量子力学和凝聚态物理学的建立，大地扩展了人类对材料的认识，将材料研究从力学性能等宏观尺度拓展到了电子行为主导的微观尺度，超导、拓扑材料等新奇物态被相继发现，催生了量子材料器件研究及应用的新领域。电输运性质是材料基本的物理属性之一，量子材料新奇宏观物理效应如Shubnikov-de Haas(SdH)量子振荡、量子霍尔效应、反常量子霍尔效应等，都需要通过电输运测量来研究。此外电输运测量也是一种广泛、有力的研究手段，通过调控外界参量（如温度、磁场、压力等）和材料属性（如掺杂浓度、薄膜厚度等），可实现材料输运性质的可控调节，从而进一步揭示宏观物性背后的微观机理。Quantum Design公司的综合物性测量系统PPMS电输运选件为用户的输运测量提供了一个高效稳定可拓展的平台，助力用户获得高质量数据。Mn掺杂Dirac半金属Cd3As2的可调SdH量子振荡研究中科院金属所张志东、刘伟研究组及其合作单位对不同Mn掺杂浓度的拓扑Dirac半金属（Cd1-xMnx)3As2的SdH量子振荡特性展开系统研究，发现SdH振荡规律随掺杂浓度显著变化，说明材料费米面位置严重依赖Mn掺杂浓度，此外Mn原子在Dirac半金属中诱发了反铁磁性，因而可通过控制反铁磁序参量来调控材料拓扑性质[1]。*数据获取：14T磁场范围的综合物性测试系统（PPMS, Quantum Design），纵向电阻通过标准四端法测量[1]。SdH量子振荡是表征拓扑材料量子输运性质的有力工具，其振荡信号与材料的费米面结构直接相关。从上图不同Mn掺杂浓度的Cd3As2合金的电磁输运测试结果中可以看出，纵向磁阻随磁场演变存在明显振荡行为，且主要振荡随温度升高迅速衰减，振荡频率随Mn掺杂浓度增加迅速降低，表明Mn掺杂浓度严重影响材料费米面位置。SdH量子振荡规律在不同温度（如2K，4K）的横向对比对系统的温度控制提出了很高要求，不仅需要温度值准确，更依赖于控温稳定，PPMS系统控温稳定性高，在20K以上温度控制精细可达±0.02%，20K以下则为±0.2%。此外，根据SdH振荡数据分析费米面面积等物理参量，需要振荡数据光滑，才能进行高品质拟合，PPMS系统超导线圈激励磁场线性平稳的演变对高度的数据获取尤为重要。电场调控大掺杂浓度铱氧化物Mott缘体的电子相图研究元素掺杂可以实现对材料输运性质的调控，但受化学互溶性限制，载流子浓度调控一般在很小范围（几个%）。相较之下，栅压电场调控载流子浓度具有更多优势，原则上它可以在不影响材料有序程度的基础上可控可逆的改变载流子浓度，且不受互溶度限制，可以较大程度影响载流子水平。清华大学物理系于浦教授课题组及合作者通过电场调控下的电输运研究，次刻画了大掺杂浓度范围内铱氧化物Mott缘体的电子态的演化情况，全面描绘材料的电子相图，对关联材料的研究具有广泛启发性意义[2]。*数据获取：全新一代综合物性测试系统（PPMS DynaCool, Quantum Design），测量结构霍尔棒利用光刻技术，尺寸为1.6 mm*0.4 mm，并溅射一层Pt膜作为栅电，整个结构浸入DEME-TFSI离子液体中，原位测量栅电压调控下的输运行为[2]。 在本文中，作者通过电场调控方法先将质子注入到 [SrIrO3/SrTiO3] 超晶格中，基于电中性原理，等量电子会被吸引并填充到靠近费米能的能带上，从而借助质子插入，实现对特定能带的电子填充。通过栅压电场调控下电输运的实时测量数据发现，随着电子掺杂浓度的增加，材料先会从一个反铁磁Mott缘体被调控到一个高温区显示金属态、低温区显示弱缘化的电子态，继而又重新回到缘态，并随着整个能带的填满而变为一个能带缘体。不同掺杂浓度的电子相图的全面刻画，源于不同电场调控下输运数据的详细测量。PPMS测量系统不仅提供高效准确的输运数据测量，而且用户可根据测量需要设计实验，增加栅压电等，从而实现定制化测量。二维磁性纳米片CrSe2的层厚依赖可调磁序研究除载流子浓度调控获得可调输运性质之外，低维量子材料物性的层厚依赖也是一个重要的研究方向。湖南大学段曦东教授及其合作单位在对二维磁性纳米片CrSe2的研究中发现，性质稳定的CrSe2纳米片可以很容易生长到无悬挂键的WSe2衬底上，其厚度可以可控地调节到单层限。性质稳定、厚度可调的CrSe2纳米片将在大程度上拓展二维磁性材料的实际应用前景，有望用于构建高自旋注入效率的自旋电子器件[3] 。*数据获取：全新一代综合物性测试系统（PPMS DynaCool, Quantum Design），配备有一个或两个锁相放大器（SR830, Stanford）[3]。 本文提出的在二维WSe2上气相外延生长的二维范德华磁性CrSe2纳米片，具有良好的范德华接触界面，厚度可调并具有良好的空气稳定性。从上图不同层厚纳米片的反常霍尔电阻的对比可以看出：随层厚增加，材料霍尔电阻幅值明显提升，表明材料由弱铁磁性变化到强铁磁性；另一方面随温度增加，反常霍尔电阻信号明显减弱，并在居里温度完全消失。纳米片在空气中放置六个月其电磁输运性质几乎没有变化，进一步验证了该材料的空气稳定性，同时也可以看出PPMS系统电输运测量的稳定性与可重复性，一个稳健的精细可控平台是输运实验研究的重要基础。电输运测量选件是Quantum Design综合物性测量系统PPMS广泛使用选件之一，因为制样简单、测试通道多以及自动化程度高而深受用户欢迎。电输运样品托享有技术，全自动测量电阻率、霍尔系数等参量，配合基系统的变温（1.8-400K）和变磁场（PPMS大磁场16T， PPMS DynaCool大磁场14T）环境，可实现材料电磁输运特性的全面刻画。PPMS的电输运测量不仅是一个高度自动化的平台，也是一个开放的平台：结合van der Pauw-Hall选件，方便快捷的采用van der Pauw法测量形状不规则但厚度均匀的样品电阻率和霍尔性质；结合转杆选件，搭配不同样品板，可以测量面内面外各向异性磁阻；结合高压腔，可以开展压力依赖的电输运研究。PPMS的电输运测量也是一个可拓展的平台，在基本配置的基础上，用户可以根据自己的需要，定制化的增加电流源、电压源以及锁相放大器等设备。为满足客户定制化需求，Quantum Design公司也推出了多种型号的多功能样品杆，允许用户将外界仪表电源引线、光纤或者波导通过定制板引入样品空间，进行栅电场调控、光电输运特性等定制化测量。为方便用户对多种样品杆的制样情况进行外部检测，Quantum Design公司新推出了一系列针对外接仪器仪表的测试台和接线盒设备，欢迎各位用户咨询采购。 参考文献：[1]. J. Guo et al., Tunable quantum Shubnikov-de Hass oscillations in antiferromagnetic topological semimetal Mn-doped Cd3As2. Journal of Materials Science & Technology 76, 247-253 (2021).[2]. M. Wang et al., Manipulate the Electronic State of Mott Iridate Superlattice through Protonation Induced Electron‐Filling. Advanced Functional Materials, 2100261 (2021).[3]. B. Li et al., Van der Waals epitaxial growth of air-stable CrSe2 nanosheets with thickness-tunable magnetic order. Nature Materials, 20, 818-825 (2021).

二维铁磁材料因其薄层结构和独特的物理特性，在电子、自旋电子学和磁性存储等领域具有广泛的应用潜力。这些材料的研究对于推动相关技术的发展至关重要。低温强场微区激光克尔显微成像系统在研究二维铁磁材料时具有独特的优势。近日，山西师范大学的许小红教授和薛武红教授合作，利用致真自主研发的低温强场微区激光克尔显微成像系统进行实验研究，报道了二维铁磁Cr5Te8材料的亚毫米级可控制备，并发现该材料具有畴壁成核控制的磁化反转过程和非单调磁场相关的磁电阻，研究成果以“Controlled Growth of Submillimeter-ScaleCr5Te8 Nanosheets and the Domain-wall Nucleation Governed Magnetization Reversal Process”为题，在国际顶级期刊Nano Letters（SCI一区TOP，影响因子：10.8）上发表。论文原文：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c04200亚毫米级二维Cr5Te8及其磁畴演化和非单调磁电阻低温强场微区激光克尔显微成像系统对该研究助力具体表现在：1. 磁化反转过程的直接观察：高分辨率的克尔显微镜结合真空制冷台，对Cr5Te8纳米片的磁化过程进行了全面的研究。通过首先用大磁场饱和样品的一个方向，然后施加相反方向的磁场，观察到了磁化反转的详细过程。2. 磁畴结构和演化的分析：克尔显微镜用于捕捉Cr5Te8纳米片的磁畴演化过程，包括磁畴壁的传播。文章中指出，通过逐步增加磁场，清晰地捕捉到了磁化反转过程中的磁畴壁传播。3. 磁畴壁传播的最小场强确定：通过克尔显微镜的观察，确定了在样品中磁畴壁传播所需的最小场强大约是30-45 mT，无论是对于两个磁化方向中的哪一个。4. 磁化反转机制的理解：克尔显微镜的观察结果揭示了磁畴壁成核在控制磁化反转过程中的主导作用，这为优化相关设备的性能（如效率、稳定性等）提供了重要的参考。6. 温度依赖性研究：通过在不同温度下使用克尔显微镜，研究了Cr5Te8纳米片的磁化过程随温度变化的行为，发现了居里温度（Curie temperature, TC）随样品厚度变化的倾向。低温强场微区激光克尔显微成像系统是研究Cr5Te8纳米片磁化过程、磁畴结构和演化、以及磁化反转机制的关键工具，为深入理解材料的磁性能和优化磁电子器件的性能提供了重要的实验数据和见解。二维铁磁材料磁性能表征利器低温强场微区激光克尔显微成像系统，能够将高分辨率磁畴成像与高精度磁滞回线扫描结合，常温垂直强磁场(1.4 T)与面内强磁场(1 T)；样品处温度范围:5K-420 K,温度稳定性±50 mK；激光功率可调；磁铁及样品托采用滑道设计，方便不同需求测试的切换；预留扩展接口，将磁场及低温环境平台化，方便兼容其他类型的光学测试；运用差分放大和锁相技术可实现二维材料磁性的精确探测；适用于自旋器件或微米尺寸材料的磁性精确测量，集电学、磁学、光学、变温测试于一身，是专为二维磁性材料研究打造的专家级科研设备。微米级光斑和精确定位在样品待测区域,实现微区的磁滞回线精确探测弱磁薄膜测试结果对比致真激光克尔显微镜测试结果↑↑↑某国际顶尖公司产线级设备测试结果↑↑↑研究背景：以电子自旋为主要信息载体的自旋电子器件具有体积小、速度快、功耗低等优势，是后摩尔时代信息存储器件的有力竞争者。特别是，二维磁性材料的发现为构建新功能的磁电子器件提供了材料基础。二维磁性材料在原子层厚度依然保持长程磁序，具有表面无悬挂键、弱层间耦合、可进行“原子乐高”功能异质集成、易于调控等优势，在高密度磁信息存储和自旋电子学领域具有重要应用前景，成为国际上的前沿热点。然而，二维磁性材料目前存在居里温度较低、环境不稳定、难以大尺寸可控制备等困难，极大地限制了其应用和发展。因此，探索稳定性更好的新型二维磁性材料，并用简便、经济可控的方法实现其大尺寸超薄制备，对于推动二维磁性材料的应用具有重要的意义与价值。此外，磁性二维材料的磁畴及其演变能够为相关器件的性能优化提供重要参考。结论：基于此，该团队开发了一种简单、经济、可扩展、氢修饰的化学气相沉积方法，可控合成了亚毫米级超薄高质量Cr5Te8磁性纳米片。值得一提的是，纳米片横向尺寸最大可达450μm、空气稳定性好且居里温度较高。此外，通过对Cr5Te8纳米片的磁畴演化的直接观察，揭示了畴壁成核在控制磁化逆转过程中的主导作用。有趣的是，Cr5Te8纳米片表现出非单调磁电阻特性。该工作在CVD法制备大尺寸二维磁性材料领域实现了重要突破，为在二维尺度理解和调控磁相关性质提供了理想平台，有望推动二维磁性材料在自旋电子学器件中的应用和发展。致真精密仪器拥有核心专利四十余项，研发的多款产品曾多次助力国内优秀的科研工作者取得高水平科研成果。我们拥有一支专业且经验丰富的研发、销售、技术支持和本地化服务的团队，团队中大多数人员为高学历专业硕博人才，致力于为先进材料科学与技术创新领域的科研及企业客户提供个性化、专业化的产品、服务和整体解决方案，让先进材料领域的科研与创新更加简单、高效。致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。致真精密仪器通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“产品包含原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

全球知名的Montana光学恒温器又有新搭档啦！著名MOKE生产商英国Durham公司推出的官方产品说明手册中推出了低温MOKE的佳方案，NanoMOKE与MI光学恒温器的Magnet-optic系统搭配可以为用户实现低温MOKE测量。搭配Attocube的高精度位移器与旋转台，可以实现多种MOKE的定点测量研究。图1 a NanoMOKE与MI恒温器整体系统；b、c 局部细节图 长期以来怎么将室温下相当成熟的MOKE测量在低温下实现一直是困扰磁学研究者的问题。问题主要有以下几个方面：1、传统湿式恒温器对液氦的消耗导致实验成本高昂；2、传统制冷机恒温器震动较大使得测量的信噪比较差，无法进行或微区测量；3、传统恒温器温度控制的稳定性不好，很难实现特定温度下的测量；4、传统低温恒温器操作复杂，使得测量的过程异常繁琐。MI推出的超精细无液氦恒温器解决了以上问题。图2 a 横向样品托；b 纵向样品托；c 不同方向带电样品托 先，MI恒温器使用智能变频制冷机系统，完全摆脱了液氦，对氦气的消耗也非常小，大大降低了低温试验成本；其次，MI的恒温器震动峰-峰值小于5nm，这一震动水平已经达到了室温光学实验的水平；再次MI恒温器温度的稳定性优于10mk，这使得对特定温度下的测量异常稳定；后MI恒温器操作非常简便，完全智能化的控制系统能够让您的控制随心所欲。系统的样品更换非常方便，系统可以联网控制，真正实现远程遥控。这样以来低温MOKE的可行性和精度都得到了大的提高，真正的实现了低温下微米量的高精度磁性、磁畴测量。此外NanoMOKE针对Montana样品腔可以提供向、横向、纵向等多种解决方案。 除了与MOKE搭配之外，MI恒温器针对磁光系统推出了多种样品台，使样品在可以平行和垂直于磁场方向（如图2所示）。带电的样品托可以帮助用户实现变场、变温、光电的测量，大的拓宽了恒温器的功能。图3 a Cryostation-GMW系统整体图；b 样品腔局部图；c 样品腔截面图 近期，MI与GMW公司联合推出了多种灵活的外部磁体解决方案，使得用户更容易实现各种特殊的实验测量，磁场强度也有所提升，此外更有多种永磁体等多种方案可以选择。MI的灵活性打破了很多传统低温实验的瓶颈，使得低温实验像室温实验一样方便。除了磁学测量以外，MI恒温器在低温拉曼上也取得了巨大的成功，用户可以很方便地用已有的高性能光谱仪直接在MI恒温器上来实现低温拉曼的测量。在新兴的量子信息领域MI恒温器更是大显身手，目前国内在量子信息领域较为出色的科研单位都已成为MI恒温器的用户。特别是中国科学技术大学和清华大学，分别拥有多个型号的多台MI恒温器，已成为国内用户前两位。目前MI恒温器在国内的数量已超过60台，应用领域涵盖量子信息、NV色心、拉曼、晶体光学等多个方向，且连续、稳定地工作在各大实验室。MI恒温器已成为不可多得的多功能、高精度、超稳定、全干式恒温器。 相关产品链接：美国Montana无液氦超低振动低温光学恒温器：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C122418.htmAttocube低温纳米位移台：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/C80795.htm