▲第一作者：Jannis Lehmann, Amadé Bortis；
通訊作者：Jannis Lehmann, Amadé Bortis, Manfred Fiebig?；通訊單位：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院；DOI：10.1038/s41565-020-0763-9材料中以磁或電順序自發(fā)形成狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)力對(duì)于基礎(chǔ)研究和設(shè)備技術(shù)至關(guān)重要。磁疇的形成是鐵性體功能特性的關(guān)鍵。迄今為止，鐵磁體是技術(shù)上最為相關(guān)的鐵性體，其疇的形成主要是靜磁能最小化的結(jié)果。由于目前先進(jìn)的存儲(chǔ)器和自旋電子技術(shù)的出現(xiàn)，諸如反鐵磁性和鐵渦性之類的磁有序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)正在引起關(guān)注，其凈磁化強(qiáng)度為零，因此磁疇的形成不再是消磁的結(jié)果。雖然人們對(duì)其了解程度較低，但同等重要的基本因素卻應(yīng)運(yùn)而生。盡管熱力學(xué)可以對(duì)疇的形成做出一般的宏觀預(yù)測(cè)，但未能揭示這種形成的潛在微觀機(jī)制。因此，微觀相互作用和宏觀物理性質(zhì)之間的聯(lián)系仍不清楚。諸如應(yīng)變分布、磁彈性相互作用或退火協(xié)議之類的外部效應(yīng)與固有效應(yīng)之間相互競(jìng)爭(zhēng)，使得后者與前者的分離具有挑戰(zhàn)性。因此，為了識(shí)別和控制內(nèi)在耦合機(jī)制，需要一種具有可調(diào)諧相互競(jìng)爭(zhēng)微觀作用的磁補(bǔ)償系統(tǒng)，在外在作用中占具主導(dǎo)地位。1. 本文通過構(gòu)建平面納米磁鐵的人工晶體，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部參數(shù)的分離，這些人工晶體由定義明確、可調(diào)諧和相互競(jìng)爭(zhēng)的磁性作用耦合而成。2. 作者揭示了磁有序補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的微觀相互作用以及其物理性質(zhì)之間的基本內(nèi)在聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)和模擬揭示了如何利用競(jìng)爭(zhēng)性相互作用來控制鐵性體特征，如疇的大小和形態(tài)、疇壁的拓?fù)湫再|(zhì)及其熱遷移率。▲圖1. 具有零凈磁化和兩種競(jìng)爭(zhēng)微觀相互作用的鐵性體晶體模型
要點(diǎn)： 作者利用由平行和正交的納米磁體對(duì)組成環(huán)形方陣，每個(gè)磁鐵沿長(zhǎng)軸攜帶一個(gè)平面內(nèi)磁矩。由于磁偶極耦合的各向異性，這種排列方式促進(jìn)了正交和平行最近鄰之間的兩個(gè)相互作用。這兩種相互作用可被視為典型的基于磁偶極子的模擬物，以反對(duì)稱和對(duì)稱交換相互作用為基礎(chǔ)，決定材料中的磁有序結(jié)構(gòu)。▲圖2. 短程和長(zhǎng)程序之間的作用相圖
要點(diǎn)：作者采用了平衡蒙特卡洛模擬方法，模擬了退火過程，從高溫開始，逐漸降低溫度到有序溫度以下。其中，所有三個(gè)路徑都導(dǎo)致了相同的遠(yuǎn)程序基態(tài)，因此可以得出系統(tǒng)的宏觀物理特性不受對(duì)稱性變化的影響，而僅受兩個(gè)微觀耦合參數(shù)相互作用的影響。▲圖3. 短程序和疇形成之間的相互關(guān)系
要點(diǎn)：作者采用了動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛方法模擬淬火溫度，揭示了短程序在疇的形成過程中的影響，值得注意的是，模擬和測(cè)量所得的有關(guān)大小形態(tài)的疇結(jié)構(gòu)結(jié)果一致。要點(diǎn)：作者使用動(dòng)力學(xué)蒙特卡洛方法的多疇配置，進(jìn)一步預(yù)測(cè)了微觀耦合強(qiáng)度與宏觀鐵性體性質(zhì)之間的關(guān)系，表明磁電荷密度對(duì)疇壁遷移率以及相關(guān)的自旋-自旋-自相關(guān)時(shí)間均有影響。https://www.nature.com/articles/s41565-020-0763-9
