2月5日，清華大學(xué)材料學(xué)院朱靜、鐘虓、于榮研究組在高空間分辨材料磁性表征方法取得重大進(jìn)展，于國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·材料》(Nature Materials)在線發(fā)表了題為“應(yīng)用色差校正電子顯微學(xué)方法進(jìn)行原子尺度磁圓二色譜成像”(Atomic scale imaging of magnetic circular dichroism by achromatic electron microscopy)的研究論文。該研究基于朱靜、鐘虓、于榮研究組之前所發(fā)展的定量電子磁圓二色譜(Electron Magnetic Circular Dichroism)技術(shù)和占位分辨電子磁圓二色譜技術(shù)，優(yōu)化衍射動(dòng)力學(xué)條件，應(yīng)用色差校正透射電子顯微學(xué)技術(shù)，聯(lián)合德國(guó)于利希研究所、亞琛工業(yè)大學(xué)、瑞典烏普薩拉大學(xué)與日本筑波大學(xué)的合作者，在國(guó)際上首次通過實(shí)驗(yàn)手段獲得了材料內(nèi)部原子面分辨的磁圓二色譜，并基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量計(jì)算出每一層原子面的元素的軌道自旋磁矩比，該工作被選為《自然·材料》當(dāng)期目錄圖片。

《自然·材料》當(dāng)期目錄圖片:原子面分辨自旋探測(cè)示意圖。

　　磁性材料被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全中的各個(gè)領(lǐng)域，信息科技的高速發(fā)展尤其對(duì)磁性材料的先進(jìn)性能研發(fā)提出了迫切需求。實(shí)現(xiàn)自旋構(gòu)型與材料結(jié)構(gòu)的原子尺度協(xié)同定量表征，是理解、預(yù)測(cè)與調(diào)控磁性材料的物理性質(zhì)的關(guān)鍵

　　近五十年以來，傳統(tǒng)的磁成像手段如中子衍射、X射線磁圓二色譜、電子全息等，成像分辨率達(dá)到微米或納米尺度，均無法實(shí)現(xiàn)原子分辨。實(shí)現(xiàn)自旋構(gòu)型原子尺度成像，在當(dāng)今材料科學(xué)基礎(chǔ)研究中具有重大的科學(xué)意義，在設(shè)計(jì)制造高密度、低功耗、快速的存儲(chǔ)器件、推進(jìn)信息與通訊技術(shù)方面有廣闊的應(yīng)用前景。

　　清華大學(xué)材料學(xué)院朱靜、鐘虓、于榮帶領(lǐng)幾代研究生王自強(qiáng)、宋東升、王澤朝等圍繞原子尺度自旋表征領(lǐng)域開展了長(zhǎng)達(dá)十年的持續(xù)攻關(guān)。他們?cè)瓌?chuàng)性地發(fā)展了定量電子磁圓二色譜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了利用透射電子具高空間分辨的占位分辨的磁參數(shù)測(cè)量及材料面內(nèi)本征磁性測(cè)量等技術(shù)，解決了納米尺度上定量獲得材料磁結(jié)構(gòu)信息的難題。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合色差球差校正與空間分辨電子磁圓二色譜技術(shù)，突破性地實(shí)現(xiàn)逐層原子面的自旋構(gòu)型成像，定量測(cè)量原子尺度的軌道自旋磁矩比，在原子尺度上同時(shí)測(cè)量材料的結(jié)構(gòu)、成分與磁矩。該研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次成功地將自旋表征磁圓二色譜的分辨率從納米尺度推進(jìn)到了原子尺度，將材料的軌道自旋磁矩分布磁信息與其原子構(gòu)型、元素組成、化學(xué)鍵合等結(jié)構(gòu)信息在原子層次上一一對(duì)應(yīng)，如圖2所示，對(duì)于在原子尺度理解自旋、晶格、電荷、軌道等多個(gè)自由度的結(jié)構(gòu)參量與材料磁性能之間的相互關(guān)聯(lián)有重要意義。電子磁圓二色譜技術(shù)自2006年誕生以來，由于其實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論解釋的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)性，十多年來國(guó)際范圍內(nèi)僅有有限的幾個(gè)研究組堅(jiān)持這一方向的研究，而北京電子顯微鏡中心經(jīng)過幾代人的努力，在該領(lǐng)域得到了穩(wěn)健的、飛速的發(fā)展，目前已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的普遍關(guān)注。原子尺度磁圓二色譜成像工作于2018年2月5日被國(guó)際頂級(jí)的材料科學(xué)雜志《自然·材料》在線發(fā)表。