锂铁氧体微粉各向异性的研究

测量了锂铁氧化体微粉不同温度下的磁化曲线，利用单畴颗粒矫顽力随温度变化关系计算了颗粒的有效磁各向异性常数．结果发现，有效磁各向异性常数随粒度的减小而增大，微粉的有效磁各向异性常数大于锂铁氧体的磁晶各向异性常数     

稀磁半导体/半导体量子线中的散粒噪声

采用散射矩阵方法研究在电场、磁场作用下稀磁半导体/半导体量子线结构中自旋依赖的散粒噪声性质,揭示其中自旋噪声同外磁场、偏压、温度和体系的几何参数之间的依赖关系.研究发现,稀磁半导体/半导体量子线的噪声谱密度随外磁场的增加而显著减小.自旋向下电子的热噪声随温度变化近似线性增大,而自旋向上电子的热噪声随温度变化而呈现出振荡现象.自旋向下电子的散粒噪声谱,零温时随偏压变化而线性增加,而在低温时随偏压变化在小范围内呈现出振荡现象.     

纳米磁性颗粒点阵的磁电阻效应

纳米颗粒高密度排列体系有其独特的磁学和电输运性质.主要研究了具有单轴各向异性的单畴磁性颗粒二维正方点阵的磁性和隧穿磁电阻效应.纳米磁性颗粒规则地浸在绝缘基质中.自旋电子在点阵中的输运主要来源于隧穿磁电阻.颗粒磁矩的取向与隧穿磁电阻的大小直接相关.我们发现磁偶极矩相互作用的强弱及温度对该种纳米颗粒点阵系统中的磁学和电输运性质有重要的影响.弱偶极相互作用下,系统的磁化强度和隧穿磁电阻随温度的增加而减小.在给定温度时,偶极相互作用强度的增加,使系统出现由低电阻状态向高电阻状态的转变.强偶极相互作用使系统出现明显的磁电阻各向异性.     

表面装饰类石墨烯纳米粒子的磁性

为了研究交换作用对表面装饰类石墨烯纳米粒子的磁性影响,从微观量子角度对表面装饰类石墨烯纳米粒子建立Ising模型,写出描述系统的哈密顿量。基于蒙特卡洛模拟方法,研究了粒子内部铁磁交换作用和表面亚铁磁交换作用对系统的磁矩、磁化率、阻碍温度和阶梯效应的影响。数值计算结果表明,交换作用对系统磁性具有重要影响,在外场作用下,磁化曲线随温度的增加趋于一个稳定值,磁矩和磁化率曲线均会出现峰值现象,磁化率峰值对应的阻碍温度随交换作用增加而增大。此外,多重磁化平台现象也被发现,饱和磁矩对应的饱和磁场随交换作用增加而增大。这些结果对该类材料在自旋电子器件中的潜在应用具有指导意义。     

Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(1-x)Al_x)_(1.95)合金的结构、磁致伸缩和Mssbauer研究

系统研究了室温下Tb0.3Dy0.7(Fe1?xAlx)1.95(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35)合金中金属Al替代Fe对晶体结构、磁致伸缩、内禀磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响.结果发现,x<0.4时,Tb0.3Dy0.7(Fe_(1-x)Al_x)1.95完全保持MgCu2立方Laves相结构,晶格常数a随Al含量x的增加而增大.磁致伸缩测量发现,随着替代量x的增加磁致伸缩减小,x>0.15时超磁致伸缩效应消失;x<0.15时磁致伸缩在低场下(H≤40kA/m)有小幅增加,高场下迅速减小,而且易趋于饱和,说明添加少量Al有助于减小磁晶各向异性.内禀磁致伸缩λ111随Al替代量x的增加大幅度降低.M?ssbauer效应表明,Tb0.3Dy0.7(Fe1?xAlx)1.95合金的易磁化方向随成分和温度在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即自旋重取向.室温下,当x=0.15时,Tb0.3Dy0.7(Fe1?xAlx)1.95合金中出现了少量非磁性相;x>0.15时,合金完全呈顺磁性;而77K温度下x=0.2时合金仍然呈磁性相.在室温和77K温度时,超精细场Hhf均随Al元素的增加而减小,而同质异能移IS随Al元素的增加而增加.     

Cu底层对SmCo薄膜磁性能的影响

通过多靶射频磁控溅射系统在玻璃基片上制备了SmCo/Cu磁性薄膜.采用控制变量法优化了磁性层溅射工艺参数,制备出了矫顽力高达2400 Oe的溅射态SmCo面内磁化膜;通过控制溅射Cu底层时的基片温度,薄膜磁化方向有从面内向垂直方向转变的趋势,并制备出矫顽力达到6215 Oe的垂直面内方向的SmCo/Cu薄膜;利用扫描隧道显微镜(STM)分析SmCo薄膜在不同温度下的表面形貌发现,150℃时薄膜的晶粒尺寸较小有利于改善薄膜磁性能.     

γ′-Fe_4N纳米晶薄膜的结构及低温磁性

采用直流磁控溅射方法,在Si(100)单晶衬底上制备γ′-Fe4N纳米晶薄膜样品,并利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)对样品的结构和磁性进行测试分析,给出了比饱和磁化强度及矫顽力与温度的关系.结果表明,样品沿(111)晶面择优生长,具有单一的易磁化方向,且易磁化方向平行于(111)晶面.随着测量温度的降低,γ′-Fe4N纳米晶薄膜样品的比饱和磁化强度σs增加,矫顽力Hc增大,剩磁比σr/σs减小.通过理论拟合确定了比饱和磁化强度与矫顽力随温度的变化关系,矫顽力随温度的变化满足T1/2规律,比饱和磁化强度σs与温度不满足Bloch的T3/2规律,表明在80~350 K温度范围内自旋波之间存在较强的相互作用.     

γ’-Fe4N纳米晶薄膜的结构及低温磁性

采用直流磁控溅射方法,在Si(100)单晶衬底上制备γ'-Fe4N纳米晶薄膜样品,并利用X射线衍射(XRD)和振动样品磁强计(VSM)对样品的结构和磁性进行测试分析,给出了比饱和磁化强度及矫顽力与温度的关系. 结果表明,样品沿(111)晶面择优生长,具有单一的易磁化方向,且易磁化方向平行于(111)晶面. 随着测量温度的降低,γ'-Fe4N纳米晶薄膜样品的比饱和磁化强度σs增加,矫顽力Hc增大,剩磁比σr/σs减小. 通过理论拟合确定了比饱和磁化强度与矫顽力随温度的变化关系,矫顽力随温度的变化满足T1/2规律,比饱和磁化强度σs与温度不满足Bloch的T3/2规律,表明在80～350 K温度范围内自旋波之间存在较强的相互作用.     

Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的结构、磁致伸缩和M(o)ssbauer研究

系统研究了室温下Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35)合金中金属Al替代Fe对晶体结构、磁致伸缩、内禀磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响.结果发现,x＜0.4时,Tb0 3Dy0 7(Fe1-xAlx)1.95完全保持MgCu2立方Laves相结构,晶格常数α随Al含量x的增加而增大.磁致伸缩测量发现,随着替代量x的增加磁致伸缩减小,x＞0.15时超磁致伸缩效应消失;x＜0.15时磁致伸缩在低场下(H≤40 kA/m)有小幅增加,高场下迅速减小,而且易趋于饱和,说明添加少量Al有助于减小磁晶各向异性.内禀磁致伸缩λ111随Al替代量x的增加大幅度降低.M(o)ssbauer效应表明,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的易磁化方向随成分和温度在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即自旋重取向.室温下,当x=0.15时,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金中出现了少量非磁性相;x＞0.15时,合金完全呈顺磁性;而77K温度下x=0.2时合金仍然呈磁性相.在室温和77K温度时,超精细场Hhf均随Al元素的增加而减小,而同质异能移IS随Al元素的增加而增加.     

Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的结构、磁致伸缩和MÖssbauer研究

系统研究了室温下Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25,0.3,0.35)合金中金属Al替代Fe对晶体结构、磁致伸缩、内禀磁致伸缩、各向异性和自旋重取向的影响.结果发现,x＜0.4时,Tb0 3Dy0 7(Fe1-xAlx)1.95完全保持MgCu2立方Laves相结构,晶格常数α随Al含量x的增加而增大.磁致伸缩测量发现,随着替代量x的增加磁致伸缩减小,x＞0.15时超磁致伸缩效应消失;x＜0.15时磁致伸缩在低场下(H≤40 kA/m)有小幅增加,高场下迅速减小,而且易趋于饱和,说明添加少量Al有助于减小磁晶各向异性.内禀磁致伸缩λ111随Al替代量x的增加大幅度降低.M(o)ssbauer效应表明,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金的易磁化方向随成分和温度在{110}面逐渐偏离了立方晶体的主对称轴,即自旋重取向.室温下,当x=0.15时,Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金中出现了少量非磁性相;x＞0.15时,合金完全呈顺磁性;而77K温度下x=0.2时合金仍然呈磁性相.在室温和77K温度时,超精细场Hhf均随Al元素的增加而减小,而同质异能移IS随Al元素的增加而增加.     

低温强磁场下NdF3磁特性及L-S耦合影响

用量子理论计算了NdF3磁矩在不同温度下随外磁场的变化情况,并进一步分析L—S耦合对磁矩的重要影响,理论上分析了NdF3非线性磁性产生的微观机制。     

半导体量子点中磁极化子基态能修正的温度效应

采用Larsen方法研究了半导体量子点中磁极化子基态能量的温度效应．在有限温度下导出了磁场内半导体量子点中电子—体纵光学(LO)声子相互作用系统的基态能量及二级微扰能量修正．讨论了磁场、量子点尺寸以及温度对半导体量子点中电子—体纵光学(LO)声子相互耦合磁极化子的基态能量影响．为了更清楚、直观地说明半导体量子点中磁极化子的性质，以GaAs半导体为例进行了数值计算，得到在强磁场的作用下半导体量子点中电子—体纵光学(LO)声子耦合系统的基态能量修正与磁场强度、量子点厚度及温度的关系曲线．结果表明：强磁场中电子—体纵光学(LO)声子相互耦合磁极化子的基态能量修正随磁场强度的增加而增大，随量子点厚度的增加而减少，随温度的升高而增大。     

Optically programmable electron spin memory using semiconductor quantum dots

The spin of a single electron subject to a static magnetic field provides a natural two-level system that is suitable for use as a quantum bit, the fundamental logical unit in a quantum computer. Semiconductor quantum dots fabricated by strain driven self-assembly are particularly attractive for the realization of spin quantum bits, as they can be controllably positioned, electronically coupled and embedded into active devices. It has been predicted that the atomic-like electronic structure of such quantum dots suppresses coupling of the spin to the solid-state quantum dot environment, thus protecting the 'spin' quantum information against decoherence. Here we demonstrate a single electron spin memory device in which the electron spin can be programmed by frequency selective optical excitation. We use the device to prepare single electron spins in semiconductor quantum dots with a well defined orientation, and directly measure the intrinsic spin flip time and its dependence on magnetic field. A very long spin lifetime is obtained, with a lower limit of about 20 milliseconds at a magnetic field of 4 tesla and at 1 kelvin.     

拓扑绝缘体量子点中的磁交换相互作用

从理论上研究了拓扑绝缘体量子点中的磁交换相互作用.在拓扑绝缘体量子点中,边缘态电子数可以通过量子点的尺寸和外加电场进行调控.当量子点中掺入单个磁离子并且边缘态填充奇数电子时,电子与单个磁离子之间的交换相互作用达到最大值;而边缘态填充偶数电子时,电子与单个磁离子之间的交换相互作用消失.当量子点中掺入2个磁离子时,电子与Mn离子的sp-d相互作用会出现奇偶振荡行为,Mn离子间的相互作用取决于Mn离子间距和量子点壳层中的电子数,表现出典型的Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida型间接交换机制.工作澄清了拓扑绝缘体量子点壳层结构对其磁性的影响,有助于人们设计基于拓扑绝缘体量子点的自旋电子学或量子信息器件.     

ScnN(n=2～12)团簇的磁性和热容量研究

基于第一性原理,在密度泛函理论框架下,用广义梯度近似方法计算了团簇ScnN(n=2～12)的总磁矩Mt、与N原子最近邻的Sc原子的局域磁矩MSc、掺杂原子N的局域磁矩MN.从原子相互作用角度出发,应用统计物理理论,计算了团簇ScnN的磁矩和热容量,研究了它们随温度的变化规律.结果表明:ScnN团簇的磁性与团簇的构型、原子相互作用、磁性粒子间的磁相互作用、团簇中的Sc原子数n有关.总磁矩随Sc原子数n呈波动性变化,当n=3,8,9,11,12时,总磁矩为零,团簇的磁性消失;当n=2,4,5,6,7,10时,团簇表现为铁磁性,其中当n=6时,团簇的磁性最强.ScnN团簇的磁矩随温度升高而减小,其变化趋势与块状磁体类似.温度较低时,磁相互作用产生的热容量CM随温度升高而增大,在某温度附近取极大值;原子相互作用产生的热容量CV在温度较低时与温度成正比,和块状磁体的CV与温度的三次方成正比不同;在对团簇的热容量的贡献中,原子相互作用占主要.     

三维晶粒尺寸及分布对纳米永磁材料磁性能的影响

本文建立厚度为d的晶粒间界相均匀包围边长为D的三维立方体模型.假定晶粒间界相削弱了晶粒间的交换耦合相互作用.研究了晶粒尺寸及分布对纳米永磁材料有效各向异性及矫顽力的影响.结果表明：单个晶粒的平均各向异性随晶粒尺寸D的增大而增大.且材料的有效各向异性Keff和矫顽力Hc均随平均晶粒尺寸的增大而上升,而上升速率逐渐减慢.Keff和Hc随分布系数的增加而下降,且下降速率逐渐减慢.当Pc=0.7,=1.5,K1（0）=0.2Kh,d=2nm时,我们计算的矫顽力与实验数值符合地很好（Pc是无量纲因子,在0到1之间取值.Kh是晶粒内部正常的磁晶各向异性常数,K1（0）和d分别为晶粒间界相的各向异性常数和厚度）.     

Detecting excitation and magnetization of individual dopants in a semiconductor

An individual magnetic atom doped into a semiconductor is a promising building block for bottom-up spintronic devices and quantum logic gates. Moreover, it provides a perfect model system for the atomic-scale investigation of fundamental effects such as magnetism in dilute magnetic semiconductors. However, dopants in semiconductors so far have not been studied by magnetically sensitive techniques with atomic resolution that correlate the atomic structure with the dopant's magnetism. Here we show electrical excitation and read-out of a spin associated with a single magnetic dopant in a semiconductor host. We use spin-resolved scanning tunnelling spectroscopy to measure the spin excitations and the magnetization curve of individual iron surface-dopants embedded within a two-dimensional electron gas confined to an indium antimonide (110) surface. The dopants act like isolated quantum spins the states of which are governed by a substantial magnetic anisotropy that forces the spin to lie in the surface plane. This result is corroborated by our first principles calculations. The demonstrated methodology opens new routes for the investigation of sample systems that are more widely studied in the field of spintronics-that is, Mn in GaAs (ref. 5), magnetic ions in semiconductor quantum dots, nitrogen-vacancy centres in diamond and phosphorus spins in silicon.     

具有立方格点结构的铁磁薄膜的磁化强度和矫顽力

使用变分累积展开法，计算了简单立方、体心立方、面心立方格点上自旋1／2的铁磁薄膜的磁化强度和矫玩力，显示磁化强度和矫顽力不仅依赖于温度和自旋层数，而且还依赖于格点结构．     

Driven coherent oscillations of a single electron spin in a quantum dot

The ability to control the quantum state of a single electron spin in a quantum dot is at the heart of recent developments towards a scalable spin-based quantum computer. In combination with the recently demonstrated controlled exchange gate between two neighbouring spins, driven coherent single spin rotations would permit universal quantum operations. Here, we report the experimental realization of single electron spin rotations in a double quantum dot. First, we apply a continuous-wave oscillating magnetic field, generated on-chip, and observe electron spin resonance in spin-dependent transport measurements through the two dots. Next, we coherently control the quantum state of the electron spin by applying short bursts of the oscillating magnetic field and observe about eight oscillations of the spin state (so-called Rabi oscillations) during a microsecond burst. These results demonstrate the feasibility of operating single-electron spins in a quantum dot as quantum bits.     

伊辛自旋梯的磁化平台和热力学性质研究

利用传递矩阵方法严格求解了混自旋S=1和S=3/2组成的伊辛自旋梯,考察了系统的磁化过程及外磁场下各向异性对系统热力学性质的影响.发现系统最近邻为铁磁性交换作用,链间次近邻为反铁磁性作用时,系统的磁化强度在m=1/4和m=3/4处出现磁化平台现象,与量子模型中的磁化平台可能出现的位置一致.系统的磁比热和磁化率曲线中出现了新颖的双峰现象.