【摘 要】
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二维磁性材料结合二维和磁性两方面属性,在未来光电子自旋器件领域具有重要的应用前景,已成为凝聚态物理领域中重要的研究方向。在二维磁性材料体系中,部分受到拓扑保护的磁结构和巨大的各向异性使材料对外场(磁场、光场等)的响应可能不同于传统磁性材料,这种差异的表现形式、物理起源及其磁结构在外场扰动下的稳定性以及弛豫过程可能蕴藏着新的物理内涵。对这些现象的观察与分析可以帮助人们深入理解低维磁性产生的机理和调控
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二维磁性材料结合二维和磁性两方面属性,在未来光电子自旋器件领域具有重要的应用前景,已成为凝聚态物理领域中重要的研究方向。在二维磁性材料体系中,部分受到拓扑保护的磁结构和巨大的各向异性使材料对外场(磁场、光场等)的响应可能不同于传统磁性材料,这种差异的表现形式、物理起源及其磁结构在外场扰动下的稳定性以及弛豫过程可能蕴藏着新的物理内涵。对这些现象的观察与分析可以帮助人们深入理解低维磁性产生的机理和调控特性,为未来寻找更多新的磁结构和发展基于二维磁性材料的新型自旋光电子器件提供依据。近年来,铬硫系准二维磁性材料因其具有优异的磁性能和在低维自旋电子器件中潜在的应用价值而备受人们的关注。但这类新兴的范德瓦尔斯材料仍存在很多问题没有被解决。针对这些问题开展实验,可以采用静态磁性与动态磁性相结合的研究方法,全面揭示准二维磁性材料随磁场演化的磁特性。光学手段(如显微磁光克尔技术)具有很高的空间/时间分辨率和探测灵敏度等优势,能够探测纳米级薄样品磁特性,目前已被广泛应用于高精度的准二维磁性材料表征,探究在不同磁场、温度下准二维磁性材料的静态和动态磁特性。本论文主要围绕以下两个方面展开研究工作:(1)利用磁光克尔效应、科勒照明原理和4f系统原理来设计光路并搭建了两套磁光克尔系统,分别是低场下显微磁光克尔系统和5 T磁场下显微磁光克尔系统,依次用NdFeB、DyMnSn、Fe3GeTe2和WSe2标样检验了所搭建的磁光克尔系统的显微磁畴观察、磁光克尔和光致发光光谱的探测能力,为准二维磁性材料的研究提供了有力的工具。(2)在搭建的低场显微磁光克尔系统上开展Cr5Te8准二维磁性材料磁畴观察和调控工作。使用低场显微磁光克尔系统观察Cr5Te8准二维磁性材料的磁畴,引入800 nm激光对处于饱和磁化状态的Cr5Te8晶体样品进行照射激发,观察到激光功率密度在2.55×108m W/cm2可以融化磁畴;对处于非饱和状态下的磁畴,激光照射后磁畴的形状和照射区域的磁化特性发生改变,实现了对磁畴的激光淬火,证明激光辐照是一种实现局域调控磁畴的有效方法。本文通过使用自主搭建显微磁光克尔系统,对Cr5Te8这类准二维磁性材料的磁畴进行观察,实时测量样品在不同激光功率下的MOKE光谱响应,研究准二维铁磁材料在不同外场下的磁性变化,并且正在进行对准二维拓扑磁性材料的静态磁性与能带结构研究,掌握了基本的测试与分析方法。通过显微磁光克尔系统对准二维磁性材料的磁性研究,有助于人们逐步对准二维磁性材料的理解。
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