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正版新书]透射电镜中电子磁手性二向色性技术的研究(精)/清华大
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第1章引言
1.1研究背景及选题意义
1.2EMCD技术
1.2.1EMCD技术的基本原理
1.2.2EMCD技术的发展及应用
1.2.3EMCD技术与XMCD技术的比较
1.3EMCD衍射几何中光阑位置的说明
1.4透射电镜中的其他磁性表征技术
1.5本书的选题和研究内容
1.5.1EMCD技术中存在的问题和需要发展的方向
1.5.2本书的研究内容
第2章EMCD技术定量磁参数测量的一般方法
2.1本章引论
2.2占位分辨EMCD技术的局限性
2.3定量EMCD技术磁参数测量的一般框架
2.4衍射动力学效应与EMCD技术
2.4.1衍射动力学效应
2.4.2衍射动力学效应与EMCD技术的理论框架
2.5三束衍射几何的不对称性
2.5.1不对称性的来源
2.5.2三束条件下不对称性的分布
2.5.3不对称性对定量磁参数测量的影响
2.6定量磁参数测量的一般方法
2.6.1YIG晶体结构的分析
2.6.2寻找衍射条件的一般方法
2.6.3实验衍射几何的优化和光阑位置的选择
2.6.4EMCD信号的实验采集
2.6.5本征磁信号的提取
2.6.6占位分辨EELS信号的提取
2.6.7定量磁参数的计算及误差分析
2.7正带轴衍射几何下的EMCD技术
2.7.1正带轴衍射几何的问题和优势
2.7.2材料体系的选择
2.7.3理论模拟
2.7.4实验结果与讨论
2.7.5正带轴衍射几何下的占位分辨技术
2.7.6正带轴衍射几何下几点需要说明的问题
2.8本章小结
第3章EMCD技术本征磁信号的测量
3.1本章引论
3.2EMCD技术面内磁信号探测的基本原理
3.2.1基本原理
3.2.2理论模拟
3.2.3衍射几何与信号的分离
3.3实验设计与结果
3.3.1样品选择和实验条件
3.3.2实验结果与讨论
3.4面内EMCD技术中几点需要说明的问题
3.4.1面内EMCD技术的衍射几何
3.4.2洛伦兹模式与EMCD技术结合中的问题
3.4.3面内EMCD技术与其他实验设置的结合
3.5本章小结
第4章协同表征下高空间分辨EMCD技术的应用
4.1本章引论
4.2YIGPt界面自旋流的研究
4.2.1自旋流
4.2.2YIGPt界面自旋流输运性质的研究
4.3YIGPt界面性质的研究
4.3.1界面无序结构对自旋流输运的影响
4.3.2界面化学成分和电子结构
4.3.3YIGPt的界面磁性质
4.4本章小结
第5章透射电镜中的其他磁性表征技术
5.1本章引论
5.2Skyrmion
5.2.1Skyrmion及其基本性质
5.2.2限域几何中的skyrmion
5.3洛伦兹成像技术及应用
5.3.1基本原理
5.3.2TIE方法
5.3.3纳米条带中skyrmion的洛伦兹表征
5.4电子全息技术
5.4.1基本原理
5.4.2相位分离方法
5.4.3Skyrmion纳米条带中边缘态的研究
5.5透射电镜中几种磁性表征方法的比较
5.6本章小结
第6章结论与展望
6.1结论
6.2展望
参考文献
附录AEMCD中关于非弹性电子散射的理论计算
在学期间发表的学术论文
致谢
第3章EMCD技术本征磁信号的测量3.1本章引论EMCD技术能够获得材料局域的磁参数,并且具有元素分辨的能力和接近原子尺度的高空间分辨率。然而,目前EMCD技术都只能够探测平行于电子束方向的磁信息。如图3.1所示,在TEM模式下,物镜附近的强磁场将样品沿着电子束方向完全饱和磁化,EMCD技术测量的是材料电子束方向上饱和状态下的磁矩。在洛伦兹模式下,样品受到外磁场的影响可以忽略不计,对应材料本征状态下的磁组态。然而由于受到样品形状各向异性的影响,磁化方向多数情况下沿着面内方向,不能够被面外EMCD技术所探测。这与洛伦兹技术和电子全息技术正好相反,它们只能够得到材料面内的磁信息。
XMCD技术中,磁信号的来源方向取决于样品磁矩在X射线偏振方向的投影。由于X射线一般具有较大的束斑尺寸,为了避免照射区域中不同方向磁信号的抵消,实验中要求研究的区域具有均匀的磁化方向。一般的做法是对样品施加一个很强的外磁场,类似于EMCD技术中物镜磁场的作用,使其处于饱和磁化状态。但是EMCD技术与XMCD技术在本质上还是有很大的差异,信号探测的方向是由动量转移决定的。本章讨论了如何利用EMCD技术,在材料本征的磁状态下,实现面内磁信号的探测,并在实验中给予了验证。
3.2EMCD技术面内磁信号探测的基本原理电子经过晶体散射后在衍射平面上的分布对应着丰富的物理信息[91]。EMCD信号来源于不同方向动量转移之间的相互干涉,那么通过在衍射平面上选择某一方向磁信号对应的特定动量转移位置,就有可能实现不同方向磁信号的探测。
3.2.1基本原理图3.1中给出了面外和面内EMCD技术的实验构图。首先来回顾EMCD技术面外磁信号探测的基本原理,可以用如下的简单形式来描述[60]Δσ=K(μ+-μ-)(q×q′)·ez(31)其中,Δσ为正、负位置的散射截面的差值,即实验中的EMCD信号;K为与衍射动力学效应相关的系数,取决于实验中的衍射条件;μ+-μ-为本征的EMCD信号,取决于材料的磁性质,em为探测的磁化方向,m=x、y或者z;q和q′为电子的动量转移。
图3.1面外和面内EMCD技术的对比(a)TEM模式下,样品沿着电子束方向被完全磁化,信号分布在衍射平面的四个象限;(b)洛伦兹模式下,磁化沿着任意方向,衍射平面上EMCD信号是三个方向的叠加从式(31)中可以看出,实际测量磁信号的方向与选取的动量转移相关。在面外EMCD技术中,在物镜强磁场作用下,材料只有z方向的磁化分量,这时q×q′项中只有x和y方向的动量转移会贡献于最终的EMCD信号,因此这部分动量转移对应的EMCD信号就是面外磁化(z方向)产生的。同理,q×q′项中x和z方向、y和z方向的动量转移就分别对应y方向和x方向磁化分量产生的EMCD信号。因此,衍射平面上包含了不同方向的磁信息。找到不同磁化方向对应的EMCD信号在衍射平面上的分布位置,构建合适的衍射几何和采谱位置,就有可能提取不同方向的EMCD信号。
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