稀土正铁氧体单晶及其异质结构的可控制备与超快磁光效应

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基本信息

  • 批准号:
    91622126
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0209.无机非金属类高温超导与磁性材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Rare-earth orthoferrites RFeO3 (R=rare earth elements) exhibit unique magneto-optical effect owing to their complex magnetic structure and strong spin-orbit-lattice coupling. Although the structure and magnetic structure have been well investigated since 1950’s, recently scientists pay a lot of attention on the ultrafast optical switching and magnetic excitation, multiferroic properties of rare-earth orthoferrites RFeO3. By manipulating and transferring the light, electric and magnetic signals of magneto-optical materials, we can design novel magneto-optic devices. However, up to data, ultrafast magneto-optical properties of RFeO3 were only investigated by the laser with visible light. Meanwhile, it is difficult to trigger spin dynamics of pure RFeO3 orthoferrites single crystals by ultrafast laser heating around room temperature, which limits their application as magneto-optical device.. In the project, we will grow RFeO3 single crystals by means of floating-zone and Fe/RFeO3 heterostructures by molecular beam epitaxy techniques. We also investigate the effect of crystal structure, electronic structure and spin structure on the ultrafast magneto-optical effect by using time-resolved magneto-optical Kerr effect (TRMOKE), and deep Ultraviolet laser based magnetic circular dichroism spectrometers. We investigate room temperature ultrafast-laser-induced spin dynamics in exchange-biased Fe/RFeO3(100) (R=Er and Dy) heterostructures. In addition to the spin precession of Fe with frequency of several GHz, the quasi-ferromagnetic resonance mode, impurity mode, and unexpected coherent phonon mode of AFM in the heterostructures were triggered by ultrafast laser at room temperature. We will explain the improved efficiency of multimode spin dynamics excited by ultrafast laser is attributed to the optical modification of interfacial exchange coupling between Fe/RFeO3(100). Our work will reveal that the optical modification of interfacial exchange coupling between Fe/RFeO3(100) can open a new avenue to engineer the ultrafast spin dynamics of rare-earth orthoferrites and expand the application of ultrafast magneto-optical devices.
稀土正铁氧体晶体RFeO3(R=稀土离子) 由于具有复杂的倾斜反铁磁结构和强的自旋-轨道-晶格耦合,表现出独特的磁光效应而成为凝聚态物理和材料领域的研究热点。尽管对稀土正铁氧体的研究始于上世纪五十年代,但近年来,超快光磁激发工作中取得的进展又激发了人们重新研究其超快磁光效应。利用磁光材料的光电磁的耦合和转换,可制成具有各种功能的新型磁光器件。到目前为止,超快RFeO3磁光效应研究仅在可见光范围,对深紫外区域的磁光效应仍是空白。同时,脉冲激光诱导的自旋进动发生在低温范围,这严重制约了其作为磁光器件的应用。本项研究拟生长正稀土铁氧体单晶RFeO3及其异质结构,阐明晶体结构、电子结构和自旋结构对超快磁光效应的影响;通过时间分辨磁光效应和磁圆二色性,发展对电子结构与自旋结构的超快、超灵敏探测的新手段,为超快磁光材料与器件的应用提供理论指导和技术途径。

结项摘要

稀土RFeO3 正交铁氧体由于其特殊的磁结构、丰富的相转变,它们的单相磁电耦合效应、超快磁动力学、内禀的交换偏置和巨大的各向异性磁热效应等成为人们研究的热点。此外由于铁磁/反铁磁异质结构在磁电子器件和基础磁性研究中的重要地位,铁磁与反铁磁材料中复杂的界面磁耦合效应一直是凝聚态物理磁学领域的热点和争论点。但是现今关于铁磁/RFeO3 异质结构中的交换耦合效应的研究近乎空白。在本项研究中,我们主要利用电子束蒸发在RFeO3 正交重稀土铁氧体单晶衬底上制备了多晶铁薄膜,利用表面磁光克尔效应、各向异性磁电阻、时间分辨磁光克尔效应等表征方法研究了该异质结构中静态与动态磁耦合效应。主要内容包括:.(1)利用原位和非原位表面磁光克尔效应的方式,观察到了无需场冷下,Fe 薄膜中的磁场诱导的可切换符号的交换偏置行为。该单向磁各向异性起源于Fe 薄膜与ErFeO3 中弱的净磁矩之间的反铁磁交换耦合。.(2)利用各向异性磁电阻方法,通过转矩拟合的方式,除了常见的自旋反转耦合效应诱导的单轴磁各向异性,我们在交换耦合的Fe/ErFeO3 异质结构中还观察到了四重和六重高阶磁各向异性。.(3)利用时间分辨的磁光克尔效应, 我们研究了Fe/ErFeO3(100) 与Fe/DyFeO3(100)异质结构中的超快磁动力学。在之前的报道和我们的实验中,利用全光泵浦-探测技术,并不能在室温下有效的探测到RFeO3(R=Er 和Dy)的磁动力学。我们发现在RFeO3 单晶衬底上覆盖一层薄的铁薄膜,能够大大的增强光泵浦反铁磁铁氧体的效率。利用全光泵浦-探测技术,我们不仅仅观察到了以往全光方法只能在自旋重取向温区附近观察到的准铁磁(Q-FM)模式,以往只能用THz 发射谱探测到的杂质(Impurity)模式,还观察到了尚未被广泛报道的一致声子(Phonon)模式。光泵浦RFeO3 反铁磁超快自旋动力学的增强可归因于光对异质结界面交换耦合的改变。发现Fe 薄膜的超快自旋动力学能够被激光功率调控。当外磁场沿着面外时,Fe 薄膜的进动频率随着激光功率的增大而减小。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
Ultrafast Photoinduced Multimode Antiferromagnetic Spin Dynamics in Exchange-Coupled Fe/RFeO3 (R = Er or Dy) Heterostructures
交换耦合 Fe/RFeO3(R = Er 或 Dy)异质结构中的超快光致多模反铁磁自旋动力学
  • DOI:
    10.1049/iet-opt.2017.0078
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Tang Jin;Ke Yajiao;He Wei;Zhang Xiangqun;Zhang Wei;Li Na;Zhang Yongsheng;Li Yan;Cheng Zhaohua
  • 通讯作者:
    Cheng Zhaohua
The effects of interfacial exchange coupling in Fe/ErFeO3 heterostructures
Fe/ErFeO3 异质结构中界面交换耦合的影响
  • DOI:
    10.1088/1361-6463/aa69e1
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    J. Phys. D: Appl. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    J Tang;Y J Ke;W He;X.Q.Zhang;Y . S. Zhang;W. Zhang;Y Li;S S Ahmad;Z.H. Cheng
  • 通讯作者:
    Z.H. Cheng
Giant magnetic entropy change in gadolinium orthoferrite near liquid hydrogen temperature
钆正铁氧体在液氢温度附近的巨大磁熵变
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2017.12.358
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Ke Ya-Jiao;Wang Jia-Fu;Ke Ya-Jiao;Zhang Xiang-Qun;Cheng Zhao-Hua;Cheng ZH
  • 通讯作者:
    Cheng ZH
Magnetocaloric effect and critical behaviors of R2NiMnO6 (R=Eu and Dy) double perovskite oxides
R2NiMnO6(R=Eu和Dy)双钙钛矿氧化物的磁热效应和临界行为
  • DOI:
    10.1016/j.jallcom.2018.02.327
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Alloys and Compounds
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Su Lei;Zhang Xiang-Qun;Dong Qiao-Yan;Ke Ya-Jiao;Hou Kai-Yue;Liu Cheng-Shi;Cheng Zhao-Hua
  • 通讯作者:
    Cheng Zhao-Hua
Unifying ultrafast demagnetization and intrinsic Gilbert damping in Co/Ni bilayers with electronic relaxation near the Fermi surface
将 Co/Ni 双层中的超快退磁和固有吉尔伯特阻尼与费米表面附近的电子弛豫统一起来
  • DOI:
    10.1103/physrevb.96.220415
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Phys. Rev. B
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    W. Zhang;W. He;Z.H. Cheng;J. Teng;M. Fähnle
  • 通讯作者:
    M. Fähnle

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其他文献

Low field induced giant anisotropic magnetocaloric effect in DyFeO3 single crystal
DyFeO3 单晶中的低场诱导巨各向异性磁热效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chinese Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    成昭华
  • 通讯作者:
    成昭华
Manipulating magnetic anisotropy and ultrafast spin dynamics of magnetic nanostructures
操纵磁性纳米结构的磁各向异性和超快自旋动力学
  • DOI:
    10.1021/la305027k
  • 发表时间:
    2024-09-13
  • 期刊:
    Langmuir : the ACS journal of surfaces and colloids
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    成昭华;何为;张向群;孙达力;杜海峰;吴琼;叶军;房亚鹏;刘郝亮
  • 通讯作者:
    刘郝亮
Large magnetic entropy change near room temperature in the LaFe 11.5 Si 1.5 H 1.3 interstitial compound
LaFe 11.5 Si 1.5 H 1.3 间隙化合物在室温附近具有较大的磁熵变
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2005-06-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈远富;王芳;沈保根;胡凤霞;成昭华;王光军;孙继荣
  • 通讯作者:
    孙继荣
层状钙钛矿锰氧化物La1.3-xGdxSr1.7Mn2O7(x=0,0.05)的磁性和电性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王洪金;郑琳;邢茹;赵建军;鲁毅;成昭华;吴鸿业
  • 通讯作者:
    吴鸿业
层状钙钛矿锰氧化物La1.3-xGdxSr1.7Mn2O7(x=0,0.05)的磁性和电性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国科学:物理学 力学 天文学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁毅;成昭华;WANG HongJin1;ZHENG Lin1*;XING Ru1;ZHAO JianJun1;LU Yi1 & CHE;2 State Key Laboratory of Magnetism;Beijing National Labo
  • 通讯作者:
    Beijing National Labo

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铁磁金属/拓扑绝缘体异质结构可控制备与自旋—电荷流转换效率的调控
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
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技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
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          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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