FeSe/SrTiO3薄膜系统因其高的超导改变温度记载和别致的界面增强机制，自2012年发现以来，遭到凝聚态范畴理论和试验物理学家们的广泛重视和继续研讨。研讨人员连续开掘其包含的超导、电荷序、磁性和拓扑等奇特量子物态的彼此作用，其丰厚的共存、耦合和电子相关效应为深入研讨杂乱微结构和量子态拓荒了宽广的研讨空间。关于较少人研讨的磁性，虽然试验上经过交流偏置效应，能够探测到非超导FeSe中的反铁磁信号；但其磁基态尚不清楚，自旋构型也一向缺少清晰的试验观测。经过依赖于自旋取向的电子隧穿效应，自旋极化扫描地道显微镜（SP-STM）能轻松完成单原子分辩的磁有序丈量，是研讨自旋磁构型的极佳试验手法

　　华中科技大学付英双教授领导的低维物理与量子资料试验室团队以“Spin-resolved imaging of antiferromagnetic order in Fe4Se5 ultrathin films on SrTiO3”为题在Advanced Materials（DOI: 10.1002/adma.202209931）上宣布论文 [1]。该团队常年致力于FeSe系统及其衍生物的微观制备、精细表征和多场调控研讨，在完成其姐妹相Fe-Te化合物“控温成长+高硫元素化学势退火”可控分子束外延（MBE）制备的根底上 [2]，成功地构造出依据FeSe的铁原子自插层二维结构，完成了一种全新的笼目晶格制备战略，并从试验视点证明了其电子结构特征 [3]。

　　最近，该团队结合前期使用SP-STM初次在实空间分辩出二维极限下单层CrTe2中本征反铁磁序的根底上 [4]，成功观测到Fe4Se5的长程反铁磁序，并确认其自旋构型散布为成对棋盘状结构。Fe4Se5具有反铁磁绝缘基态的试验观测，为了解FeSe高温超导体中磁有序和超导之间的联络供给了重要的参阅依据。

　　他们在FeSe薄膜中人为引进一系列不同浓度的铁空位晶格缺点，发现会自发构成如√5×√10、√2×√10、√5×√5等超周期结构的FeSe衍生相，其电子结构也逐步由金属性过渡为半导体性。其间，半导体Fe4Se5的外表为长程有序的√5×√5超结构，如图1所示。非磁性W针尖获得的Fe4Se5外表出现四重对称的十字花型图画，而用铁磁性Fe针尖则观测到显着的条纹结构（二重对称性）。经过施加3 T的面外磁场，其条纹结构根本消失，描摹康复为非磁性W针的成果。这一比照依据成果得出：Fe针尖所观测到的条纹图样来自于Fe4Se5自身的磁信号，且样品的磁化方向首要沿着面内方向，易被外加笔直磁场所限制。

　　为了进一步验证其磁信号来历，团队展开了一系列的循环扫磁场试验。如图2所示，一轮循环回到零磁场后，条纹的相对方位别离沿着√5×√5的两个方向上，各产生了半个超周期的相移，直接证明了该条纹的确来历于样品自身的磁性。其机制简略了解如下：零磁场下，Fe针与样品的自旋极化方向均为面内，彼此平行（或反平行），产生较大（小）的地道电流；然后构成明暗相间的条纹图画。在外磁场下，Fe针自旋取向被调制到面外，而样品仍然为面内反铁磁摆放。此刻，针尖和样品自旋方向互成90°，没有自旋极化地道电流的奉献，然后表现出与非磁W针尖相同的外表描摹。团队进一步经过理论核算，比照10种或许的磁结构摆放，终究发现具有成对棋盘状结构的反铁磁基态能量最低，且所模仿的STM图画与试验成果吻合得较好，构成自洽。

　　以此为根底，团队还深入展开了Fe4Se5超薄膜的磁畴结构研讨。如图3比照所示，理论上Fe4Se5晶格有或许构成三种畴界：37°、0°和90°。但由于晶体的四重对称性，惯例STM（非磁W针）仅能观测到37°的畴界。得益于反铁磁基态的对称性破缺，SP-STM（磁性Fe针）则观察到畴界两边的反铁磁条纹或许会产生半个晶格位错或90°旋转，然后分辩出0°和90°的畴界。此外，经过对不不一样的温度下磁性条纹的演化自旋极化发现：直到45 K的时分，反铁磁磁有序仍是能安稳的存在。但是，部分的反铁磁磁畴渐渐的开端消失，这表明面内的长程磁有序结构会逐步改变为短程磁结构。

　　该作业经过对Fe4Se5的自旋极化扫描地道显微镜成像，以及磁场和磁畴演化规则，确认其面内反铁磁基态，为往后从原子标准观测二维系统中别致磁性结构及其实空间微观自旋散布奠定了坚实的根底，也有助于人们进一步探究和了解FeSe/SrTiO3系统中别致量子衍生现象。

　　首要聚集于低维系统中具有新物性的电子结构和量子特性，例如磁性、超导性、强相关电子态和拓扑物态。

　　超高真空分子束外延薄膜和量子结构制备系统、极低温强磁场下的扫描地道显微镜和谱学系统及非触摸式原子力显微镜。

　　付英双，华中科技大学物理学院教授，国家海外青年人才方案、优异青年基金获得者。2008年于我国科学院物理研讨所获物理博士学位，2008-2014年先后在德国汉堡大学、日本理化学研讨所任博士后和世界特别研讨员。2014年参加华中科技大学物理学院。长时间从事拓扑量子资料和低维量子资料的操控成长、电子结构和物理性质的研讨。在单自旋激发态、拓扑量子物态、低维系统相关电子效应等方面获得多项重要研讨进展。

　　已宣布高质量论文50余篇，这中心还包含Nature子刊、PRX、PRL等12篇。已掌管科技部要点研制方案（首席）和基金委严重方案等多项国家级科研项目。曾获我国真空协会优异论文奖、日本理化学研讨所学术成果奖、华中科技大学十大科技新星奖。担任电子显微学会扫描探针显微镜专业委员会委员、稳态强磁场科学中心用户委员会委员、科技部大科学设备前沿科学研讨攻略编制专家。

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