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合肥研究院实现非特定形状纳米样品单体磁化过程的实验测量

  作为国家在科学技术方面的最高学术机构和全国自然科学与高新技术的综合研究与发展中心,建院以来,中国科学院时刻牢记使命,与科学共进,与祖国同行,以国家富强、人民幸福为己任,人才辈出,硕果累累,为我国科技进步、经济社会发展和国家安全做出了不可替代的重要贡献。/ 更多简介 +

  中国科学技术大学(简称“中科大”)于1958年由中国科学院创建于北京,1970年学校迁至安徽省合肥市。中科大坚持“全院办校、所系结合”的办学方针,是一所以前沿科学和高新技术为主、兼有特色管理与人文学科的研究型大学。

  中国科学院大学(简称“国科大”)始建于1978年,其前身为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学。国科大实行“科教融合”的办学体制,与中国科学院直属研究机构在管理体制、师资队伍、培养体系、科研工作等方面共有、共治、共享、共赢,是一所以研究生教育为主的独具特色的研究型大学。

  上海科技大学(简称“上科大”),由上海市人民政府与中国科学院共同举办、共同建设,2013年经教育部正式批准。上科大秉持“服务国家发展战略,培养创新创业人才”的办学方针,实现科技与教育、科教与产业、科教与创业的融合,是一所小规模、高水平、国际化的研究型、创新型大学。

  中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心薛飞研究团队经过几年潜心探索,实现了非特定形状纳米样品单体磁化过程的实验测量。研究团队提出并实现一种新的纳米样品转移组装方法,使用一台自主研制的动态悬臂梁测磁装置,成功观测到了纳米颗粒样品中的单磁畴变化。相关技术成果将应用于纳米结构的磁性探测,推动纳米磁性和低维材料磁性实验研究的发展。

  动态悬臂梁测磁装置利用灵敏悬臂梁,测量样品磁性变化时伴随的样品角动量变化。由于其工作原理的特点,对待测样品的形状和导电性均没有特殊要求,是一种非常有应用潜力的小样品磁表征技术。此前国际范围该领域内,由于缺乏有效的纳米样品转移和组装方法,动态悬臂梁测磁学实验研究的对象局限于一维的纳米线和纳米管。薛飞团队实现的纳米样品转移组装方法,利用聚焦离子束(FIB)-扫描电子显微镜(SEM)双束系统和纳米机械手,能够可靠地将任意形状纳米样品有效转移至用于超灵敏扭矩探测的微纳悬臂梁上。使用该技术,研究团队成功探测到了直径小于100纳米的单个纳米样品中的磁畴翻转,实现对磁矩探测灵敏度达到1×10-15emu量级,比商业振动磁强计灵敏度好一千万倍。

  纳米磁性结构在很多研究和工业领域都具有重要应用,如拓扑磁性、低维磁性、高密度磁记录,磁传感器和生物医学应用。在这些研究和应用中,纳米磁性结构的磁各向异性、矫顽力、饱和磁化的定量分析是十分重要的。受限于磁探测灵敏度,商用振动磁强计无法分辨单个纳米样品磁矩变化。要获得足够的信号强度,商用振动磁强计需要同时测量几百万个样品,只能得到这些纳米样品的平均性质和参数。因此,要深入研究纳米磁性,就需要对单个纳米样品的磁性进行表征。

  纳米颗粒转移流程(图1-4);纳米颗粒样品SEM图(图5);纳米颗粒样品与悬臂梁装配示意图(图6);纳米颗粒样品扫场数据(图7)。

  中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心薛飞研究团队经过几年潜心探索,实现了非特定形状纳米样品单体磁化过程的实验测量。研究团队提出并实现一种新的纳米样品转移组装方法,使用一台自主研制的动态悬臂梁测磁装置,成功观测到了纳米颗粒样品中的单磁畴变化。相关技术成果将应用于纳米结构的磁性探测,推动纳米磁性和低维材料磁性实验研究的发展。

  动态悬臂梁测磁装置利用灵敏悬臂梁,测量样品磁性变化时伴随的样品角动量变化。由于其工作原理的特点,对待测样品的形状和导电性均没有特殊要求,是一种非常有应用潜力的小样品磁表征技术。此前国际范围该领域内,由于缺乏有效的纳米样品转移和组装方法,动态悬臂梁测磁学实验研究的对象局限于一维的纳米线和纳米管。薛飞团队实现的纳米样品转移组装方法,利用聚焦离子束(FIB)- 扫描电子显微镜(SEM)双束系统和纳米机械手,能够可靠地将任意形状纳米样品有效转移至用于超灵敏扭矩探测的微纳悬臂梁上。使用该技术,研究团队成功探测到了直径小于100纳米的单个纳米样品中的磁畴翻转,实现对磁矩探测灵敏度达到1×10-15 emu量级,比商业振动磁强计灵敏度好一千万倍。

  纳米磁性结构在很多研究和工业领域都具有重要应用,如拓扑磁性、低维磁性、高密度磁记录,磁传感器和生物医学应用。在这些研究和应用中,纳米磁性结构的磁各向异性、矫顽力、饱和磁化的定量分析是十分重要的。受限于磁探测灵敏度,商用振动磁强计无法分辨单个纳米样品磁矩变化。要获得足够的信号强度,商用振动磁强计需要同时测量几百万个样品,只能得到这些纳米样品的平均性质和参数。因此,要深入研究纳米磁性,就需要对单个纳米样品的磁性进行表征。

  研究成果以Method for assembling nanosamples and a cantilever for dynamic cantilever magnetometry 为题在线发表于美国物理学会期刊Physical Review Applied上。该工作得到中科院合肥科学中心技术发展基金、国家自然科学基金和国家重点研发计划等的支持。

  纳米颗粒转移流程(图1-4);纳米颗粒样品SEM图(图5);纳米颗粒样品与悬臂梁装配示意图(图6);纳米颗粒样品扫场数据(图7)。