近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰、石發(fā)展等人與南京大學(xué)聶越峰、楊玉榮小組在反鐵磁薄膜掃描磁成像的實(shí)驗(yàn)研究中取得進(jìn)展，利用金剛石氮-空位色心（簡(jiǎn)稱NV色心）掃描顯微鏡對(duì)反鐵磁BiFeO3的自支撐薄膜進(jìn)行原位應(yīng)力調(diào)控下的掃描成像。該研究成果以“Observation of uniaxial strain tuned spin cycloid in a freestanding BiFeO3film"為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上[Adv. Funct. Mater. 2023, ]。

BiFeO3（BFO） 是一種由于Dzyalonshinskii-Moriya相互作用具備擺線序的反鐵磁材料。BFO內(nèi)擺線序與應(yīng)力的相互作用機(jī)制是該領(lǐng)域的一個(gè)研究重點(diǎn)。當(dāng)前的相關(guān)研究均利用外延方法調(diào)控BFO材料中的應(yīng)力，這種方法難以原位和連續(xù)地對(duì)應(yīng)力進(jìn)行調(diào)控。這使得磁-應(yīng)力相互作用中的一些重要問(wèn)題，如任意取向應(yīng)力下磁序的變化、磁序相變附近的演化過(guò)程等在實(shí)驗(yàn)上難以開(kāi)展研究。

本工作中，研究者用分子束外延和可溶犧牲層的工藝制備了一種自支撐的BFO薄膜，并用掃描NV顯微鏡對(duì)應(yīng)力調(diào)控下的薄膜進(jìn)行了掃描磁成像。成像結(jié)果表明，在應(yīng)變達(dá)到1.5%時(shí)擺線序扭轉(zhuǎn)約12.6°。前列性原理計(jì)算表明，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)倒的磁序扭轉(zhuǎn)在相應(yīng)應(yīng)力下能量較低。

這一工作較早對(duì)BFO自支撐薄膜的磁序進(jìn)行研究，原位調(diào)控和高空間分辨率的掃描成像技術(shù)提供了一種新的對(duì)磁-應(yīng)力相互作用進(jìn)行研究的思路。這一成果對(duì)反鐵磁薄膜的理論研究以及新型磁存儲(chǔ)器件的應(yīng)用均有重要價(jià)值。

中科院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后丁哲、博士生孫豫蒙以及合作組博士生鄭寧沖、馬興越為此工作共同前列作者，杜江峰院士、聶越峰教授和楊玉榮教授為此工作的共同通訊作者。該研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院和安徽省等資助。

在論文致謝中，作者提到：NV掃描探針由國(guó)儀量子提供（The NV scanning probe was provided by CIQTEK ）。

國(guó)儀量子目前已推出了商用的量子鉆石原子力顯微鏡（掃描NV顯微鏡），這是一臺(tái)基于NV色心自旋磁共振和AFM掃描探針技術(shù)的量子精密測(cè)量?jī)x器，可實(shí)現(xiàn)樣品磁學(xué)性質(zhì)的定量無(wú)損成像，具有納米級(jí)的高空間分辨以及單個(gè)自旋的超高探測(cè)靈敏度，是研究材料磁學(xué)性質(zhì)的新利器，在磁疇成像、二維材料、拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)、超導(dǎo)磁學(xué)、細(xì)胞成像等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。