高精度红外成像技术揭示非共线反铁磁体的磁畴结构 | NSR

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非共线反铁磁材料，因其净磁矩几乎为零，却展现出显著的反常横向输运特性，被视为下一代自旋电子学器件的候选材料。这些材料的磁畴结构对于存储信息至关重要，但是，对Mn₃Sn和Mn₃Ge等非共线反铁磁材料的磁畴成像，一直是该研究领域中的一大挑战。

近日，中国科学技术大学侯达之教授团队与上海科技大学郭艳峰教授团队合作，利用非共线反铁磁材料中显著的反常埃廷斯豪森效应和锁相红外热成像（LIT）技术，成功实现了对Mn₃Sn和Mn₃Ge的磁畴成像，并验证了这一创新技术在同时解析面内和面外方向的磁畴分布方面的优越性。该工作以 “Infrared imaging of magnetic octupole domains in non-collinear antiferromagnets” 为题发表于《国家科学评论》（National Science Review，NSR）2024年第6期。

图1. Mn₃Sn的磁结构及其红外磁畴成像

在该研究中，研究团队首先使用锁相红外热成像对Mn₃Sn的反常埃廷斯豪森效应进行了系统地表征（图1a-f），首次实验测定了其反常埃廷斯豪森系数，并发现该值与文献中报道的反常能斯特系数相符，符合布里奇曼关系。研究团队进一步利用温度梯度与磁八极矩之间的函数关系，成功绘制了Mn₃Sn样品退磁后的磁畴分布图（图1g, h），清晰地展示了三个不同的磁畴区域。与传统技术相比，该技术能够同时观察材料的平面内和平面外磁畴，这为深入研究磁畴的三维动态行为提供了全新的视角。利用这项新技术，研究团队不仅观察了Mn₃Sn和Mn₃Ge在磁翻转过程中的磁畴结构变化，还揭示了Mn₃Sn记忆效应中磁八极矩的三维旋转过程。这些成果为理解非共线反铁磁材料的磁畴行为和开发新型磁存储器件提供了重要信息。