Real space observations of topological spin textures and their dynamics by electron microscopy

通过电子显微镜对拓扑自旋纹理及其动力学进行真实空间观察

基本信息

批准号：
19H00660
负责人：
于秀珍
金额：
$ 28.7万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度の計画は、マイクロピラー状試料と３次元磁化構造の実空間顕微観察である。得られた成果は以下である。成果１：3次元磁化構造を観察するために、集束フォカースイオンビームを用いた種々な磁性体のピラー状試料の作製を行って、試料のサイズおよび形状を3次元観察できるように最適化した。2次元傾斜シリーズ像から、3次元磁化構造を得るため、試料の傾斜角、デーフォカス値、試料の厚さなど様々のパラメータを最適化し、三次元ローレンツ電子トモグラフィー法を確立した。この方法を用いた、アンチスキルミオン、スキルミオンストリング、スピンヘッジホッグの三次元スカラー場およびベクトル場の分布の知見を得ることが出来た。確立した三次元磁化構造の顕微技法とそれを用いた三次元磁化構造の観察結果をnature communicationsへ投稿した。成果２：3次元マイクロマグネティック　シミュレーションと電子線ホログラフィーを併用して、FeGeナノ粒子の磁化構造を定量的に評価した。粒子のサイズと粒子の形状を系統的に考察し、ナノ粒子中の磁気ボルテックスの安定性と粒径サイズの依存性を明らかにした（Nature Materials 21, 305 (2022))。研究計画予想以上の成果：次年度の研究計画を前倒して、スキルミオンの電流・熱流下のダイナミクッスの直接観察を行った。室温において、ナノ秒パルス電流で単一スキルミオンのレーストラックに成功した。この成果は、スキルミオンを用いる次世代のエレクトロニクスへの応用に向けて、重要な一歩を邁進した（Nature communications 12, 6797 (2021))。　また、世界で初めて、微小な熱流で絶縁体中のスキルミオンを駆動することに成功し、新たなスキルミオンの駆動方式を見出した（Nature Communication 12, ５０７９ (202１)) 。

今年的计划是对微柱状样品和三维磁化结构进行实空间显微观察。得到的结果如下。成果一：为了观察三维磁化结构，我们利用聚焦离子束制作了各种磁性材料的柱状样品，并优化了样品的尺寸和形状以进行三维观察。为了从二维倾斜系列图像中获得三维磁化结构，对样品的倾斜角度、离焦值、样品厚度等各种参数进行优化，建立了三维洛伦兹电子断层扫描方法。使用这种方法，我们能够获得反斯格明子、斯格明子弦和自旋刺猬的三维标量场和矢量场的分布知识。我们已将已建立的三维磁化结构微观技术以及利用该技术对三维磁化结构的观测结果提交给《自然通讯》。结果2：我们结合三维微磁模拟和电子束全息术定量评估了FeGe纳米颗粒的磁化结构。通过系统地考虑颗粒尺寸和颗粒形状，我们阐明了纳米颗粒中磁涡流的稳定性及其对颗粒尺寸的依赖性（Nature Materials 21, 305 (2022)）。结果超出了研究计划预期：对斯格明子电流和热流动态的直接观测提前于明年进行。我们在室温下成功地用纳秒脉冲电流追踪了单个斯格明子。这一结果是斯格明子应用于下一代电子学的重要一步（Nature communications 12, 6797 (2021)）。此外，我们在世界上首次成功地用微小热流驱动绝缘体中的斯格明子，并发现了一种新的斯格明子驱动方法（Nature Communications 12, 5079 (2021)）。

项目成果

期刊论文数量（46）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Skyrmion motions driven by electric current and temperature gradient

由电流和温度梯度驱动的斯格明子运动

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tomoharu Ohta;Masashi Tokuda;Shuichi Iwakiri;Kosuke Sakai;Benjamin Driesen;Yoshinori Okada;Kensuke Kobayashi;and Yasuhiro Niimi;Xiuzhen Yu
通讯作者：
Xiuzhen Yu

Imaging topological electron-spin textures by using atomic-resolution Lorentz TEM

使用原子分辨率洛伦兹 TEM 对拓扑电子自旋纹理进行成像

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Teratani Yoshimichi;Sakano Rui;Hata Tokuro;Arakawa Tomonori;Ferrier Meydi;Kobayashi Kensuke;Oguri Akira;松本伸之;Xiuzhen Yu
通讯作者：
Xiuzhen Yu

In-situ L-TEM observation of antiskyrmion to chiral bubble transformation

反斯格明子到手性气泡转变的原位 L-TEM 观察

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Peng Licong;Xiuzhen Yu;et al.
通讯作者：
et al.

ウィスコンシン大学(米国)

威斯康星大学（美国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Quantum anomalous Hall effect driven by magnetic proximity coupling in all-telluride based heterostructure

DOI：
10.1063/1.5111891
发表时间：
2019-08
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
R. Watanabe;R. Yoshimi;M. Kawamura;M. Mogi;A. Tsukazaki;Xiuzhen Yu;K. Nakajima;Kei S. Takahashi;M. Kawasaki;Y. Tokura
通讯作者：
R. Watanabe;R. Yoshimi;M. Kawamura;M. Mogi;A. Tsukazaki;Xiuzhen Yu;K. Nakajima;Kei S. Takahashi;M. Kawasaki;Y. Tokura