磁學是物理學古老的研究領(lǐng)域之一，也是具生命力的發(fā)展領(lǐng)域，利用電子自旋的研究來推進數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和計算等多方面的應用進展一直是科研工作者執(zhí)著追求且不斷探索的方向。
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在眾多研究過程中，電子自旋結(jié)構(gòu)的成像與可控操作成為磁學領(lǐng)域研究的巨大挑戰(zhàn)。與之相關(guān)的電子自旋現(xiàn)象包括斯格明子、刺猬狀自旋結(jié)構(gòu)、磁通漩渦等，其中，磁通漩渦電子自旋結(jié)構(gòu)是研究多位磁學存儲介質(zhì)的一個重要現(xiàn)象。以往關(guān)于磁通漩渦中心性反轉(zhuǎn)的研究工作都是針對微米尺度開展的，納米尺度的磁通漩渦中心性反轉(zhuǎn)工作目前仍需進一步探索和研究。
Elena P. 等人利用德國attocube公司的低溫強磁場磁力顯微鏡—attoMFM在實驗中清晰的觀測到了25nm尺寸單個分子中磁通漩渦中心性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。為了實現(xiàn)納米尺寸單分子中磁性研究，Elena等人選取的納米尺寸磁性分子為K0.22Ni[Cr-(CN)6]0.74體系。該體系分子尺寸可控制調(diào)整，且具有易于制備的特點。研究單分子納米尺度的磁性，具備低噪音、高靈敏度、以及較高的空間分辨率等特征的磁性表征技術(shù)就顯得為重要。德國attocube公司的低溫磁力顯微鏡attoMFM可提供可變磁場的環(huán)境，是實現(xiàn)納米磁性分子在低溫下磁通漩渦性質(zhì)表征與操控的有力設(shè)備。如下圖實驗數(shù)據(jù)，只需通過施加很小的外加磁場(600 Oe左右)，單分子中的磁通漩渦就可實現(xiàn)中心性反轉(zhuǎn)。在4.2 K的低溫環(huán)境中，通過施加連續(xù)變化的外加磁場與attoMFM成像的實驗數(shù)據(jù)分析，可觀察到納米單分子磁通漩渦磁性隨著外加磁場發(fā)生清晰的中心性反轉(zhuǎn)。
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attoMFM實驗觀測到納米分子中磁通漩渦中心性反轉(zhuǎn)
下圖為具有納米別高分辨率的磁力成像結(jié)果。圖中清晰顯示了分子的磁力分布情況。原本分子磁通漩渦中心性導致在垂直方向磁力分布可被外加微小磁場改變(下圖中的白色部分表明，經(jīng)過磁場施加針尖樣品由排斥力轉(zhuǎn)變?yōu)槲?。另外，作者也詳細分析研究了不同尺寸單個分子中的磁通漩渦中心性反轉(zhuǎn)機制。
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attoMFM直接觀察到NP4單分子磁通漩渦中心性反轉(zhuǎn)
作者預見，該次實驗結(jié)果中納米尺寸單分子的磁通漩渦中心性轉(zhuǎn)換的特性可能為未來數(shù)據(jù)存儲開創(chuàng)新篇章，數(shù)據(jù)的讀寫可以通過很小的磁場來操縱。
關(guān)于Quantum Design
Quantum Design是的科研設(shè)備制造商和儀器分銷商，于1982年創(chuàng)建于美國加州圣迭戈。公司生產(chǎn)的 SQUID 磁學測量系統(tǒng) (MPMS) 和材料綜合物理性質(zhì)測量系統(tǒng) (PPMS) 已經(jīng)成為公認的測量平臺，廣泛的分布于上幾乎所有材料、物理、化學、納米等研究領(lǐng)域的實驗室。2007年，Quantum Design并購了歐洲大的儀器分銷商LOT公司，現(xiàn)已成為著名的科學儀器領(lǐng)域的跨國公司。目前公司擁有分布于英國、美國、法國、德國、巴西、印度，日本和中國等地區(qū)的數(shù)十個分公司和辦事處，業(yè)務(wù)遍及全球一百多個和地區(qū)。中國地區(qū)是Quantum Design公司活躍的市場，公司在北京、上海和廣州設(shè)有分公司或辦事處。幾十年來，公司與中國的科研和教育領(lǐng)域的合作卓有成效，為中國科研的進步提供了先進的設(shè)備以及高質(zhì)量的服務(wù)。
