中科院在磁性超薄膜各向异性调控方法研究中获进展

磁各向异性不但是低维体系产生铁磁有序的主要来源，而且是磁性材料重要的参数之一，在永磁材料、软磁材料、高频磁性材料、超高密度磁存储材料和自旋电子材料中起着至关重要的作用，磁性纳米结构的磁各向异性调控是目前磁学研究的热点之一。

单晶衬底的原子台阶可以作为模板来制备自组装的纳米结构，由于受限电子的量子效应和维度效应，磁性纳米结构表现出与传统大块材料的不同的磁特性，通过单晶衬底修饰已经成为调控磁各向异性的一种有效手段。

中科院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）磁学国家重点实验室成昭华研究组在过去几年中一直致力于磁各向异性调控方面的研究，系统研究了Fe/Si（111）和Co/Si（111）等磁性纳米结构的磁各向异性，取得了较多有意义的成果。在前期研究中，主要采用改变斜切角度的Si(111)单晶衬底来调控磁性纳米链和超薄膜的磁各向异性，其缺点是一旦单晶衬底确定，便无法对磁各向异性进行大幅度连续调控。

最近，该组吴琼博士、何为副研究员、刘郝亮博士、张向群副研究员、杨海涛副研究员和成昭华研究员等与北京航空航天大学物理学院陈子瑜教授、博士生叶军合作，发现通过改变加热电流方向可以使Si(111)衬底原子台阶宽度产生连续变化，进而能够成功实现对原子台阶上Fe外延超薄膜的磁各向异性进行连续调控。磁光克尔效应测量的结果表明，经过平行衬底台阶方向电流处理的样品，其磁各向异性表现为六重对称；随着衬底处理电流与台阶夹角的增大，磁各向异性逐渐转变为单轴各向异性。通过自关联函数方法计算可进一步表明，磁各向异性主要来源于表面自旋的偶极相互作用。

这一发现不但有助于加深对低维磁性纳米结构磁各向异性的理解，而且提供了一种调控磁各向异性的新途径。相关工作已于近期发表在Scientific Reports 3,1547 (2013)上。

以上研究工作得到了科技部"973"项目，国家自然科学基金和中国科学院的支持。

图1 Fe/Si(111)样品制备和测量过程示意（a-b），样品表面形貌和结构分析（c-h)

图2 由样品剩磁比统计得到的面内磁各向异性变化

图3 自关联函数计算方法示意及其在样品面内的分布