实验在原子尺度上显示温度驱动的磁场模式的空间变化

这张照片显示了大块的氧化铱单晶，Sr 3红外 2O 7在该研究中，研究人员引入镧作为锶(Sr)的部分替代品，以使系统接近反铁磁转变。来自波士顿学院和加州大学圣巴巴拉分校的研究小组在最近发表的一篇论文中，揭示了由温度驱动的Mott绝缘体磁模式空间变化的原子尺度可视化 科学的进步． 来源:波士顿大学

由波士顿学院的一组研究人员领导的实验，使温度驱动的Mott绝缘体磁模式的空间变化在原子尺度上可视化，该团队在《科学进展》杂志上报道。

波士顿学院物理学副教授Ilija Zeljkovic说，今天的前沿材料在纳米尺度上通常是“团块的”:它们的电子和磁性在长度尺度上变化到几纳米。

这种“不均匀性”可以相变附近尤其明显,材料的变化,或转换,进入另一个阶段的事,Zeljkovic说,开展项目和波士顿大学的物理学教授自强,最近接受了博士他赵,并从加州大学的合作者,圣芭芭拉分校。

Zeljkovic补充说，一个特别有趣的转变涉及一种非磁性材料变成磁性。这种转变可以通过将材料冷却到低温或调整其元素组成来实现。虽然在理解磁性材料作为一个整体方面取得了重大进展，但对于磁跃迁在原子尺度上的性质却知之甚少。

研究人员研究了一种块状氧化铱单晶Sr3Ir2O7，他们在其中引入镧作为锶(Sr)的部分替代品，以使系统接近反铁磁转变，该团队在一篇题为《掺杂自旋轨道Mott绝缘体中反铁磁畴波动成像和原子尺度紊乱效应》的文章中报告了这一结果。

Zeljkovic说，反铁磁性是材料中一种不寻常的磁性，当相邻原子位置的电子自旋完全朝相反方向排列时，就会发生反铁磁性。研究小组报告说，他们使用自旋极化扫描隧道显微镜(SP-STM)来绘制纳米长度尺度上反铁磁有序的局部强度。

研究人员发现了一个戏剧性的磁畴重组与热循环。

Zeljkovic说:“例如，样品中一些有磁性的区域会变成无磁性的，反之亦然，一些曾经无磁性的区域在热循环后会变成磁有序的。”“我们还发现，磁畴局部‘避免’镧取代，并倾向于形成远离这些杂质。”

Zeljkovic说，研究小组使用了一种叫做聚类分析理论的统计分析方法来分析这些区域的大小和分布，这可以提供洞见这些区域是否完全随机分布。

Zeljkovic说:“我们发现这些畴并不是随机分布的，这意味着电子相关性或电子-电子相互作用可能在畴的出现中发挥重要作用。”

这项工作建立在之前的研究基础上，Zeljkovic和同事在相关的掺杂Mott绝缘体Sr2IrO4中可视化反铁磁片或畴。

Zeljkovic说:“我们想研究是什么决定了Sr3Ir2O7中这些畴的大小和空间分布。”“此外，我们还将探索，如果材料被加热为非磁性，然后冷却回到磁有序状态，这些畴是否会发生变化，以及如何发生变化。”

Zeljkovic表示，基于最新的发现，下一步的研究将寻求将这项技术扩展到其他复杂的氧化物，以及具有不同磁性状态的材料，如铁磁性材料。