Fe₅GeTe₂（FGT5）因具有較高的居里溫度（Tc）得到了廣泛的關(guān)注與研究。該課題組發(fā)現(xiàn)FGT5可以通過調(diào)節(jié)材料厚度影響磁相互作用來控制形成的自旋紋理。通過高分辨率X射線衍射（XRD）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ，F(xiàn)GT5是由兩個(gè)不同相組成的復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)（多數(shù)相與少數(shù)相），該少數(shù)相的特征是在FGT5兩個(gè)末端Te層中有一個(gè)有序的Te空缺陣列。

利用洛倫茲透射電子顯微鏡（LTEM）和磁力顯微鏡（MFM），課題組發(fā)現(xiàn)不同厚度的FGT5薄片具有不同的自旋紋理，包括多域狀態(tài)、條紋相和分形域相。圖2(c)顯示了整個(gè)薄片的LTEM圖像，其中明顯觀察到磁條紋結(jié)構(gòu)。條紋的寬度從圖像的右上角一直增加到左下角，這可能是由整個(gè)薄片的厚度梯度造成。圖2（d?f）顯示了隨著外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度增加，條紋結(jié)構(gòu)膨脹，隨后形成各種類型的磁泡。

圖2：電鏡觀測(cè)FGT5材料。2a.電子衍射圖。2b. HAADF-STEM圖像顯示原子排列。2c-2f. FGT5材料(約200納米厚)在100 K溫度與不同磁場(chǎng)下的LTEM電鏡圖像。

由于LTEM技術(shù)限制，僅可對(duì)薄樣品測(cè)量。課題組采用低溫強(qiáng)磁場(chǎng)磁力顯微鏡MFM對(duì)厚晶體材料（約170μm）中的磁性結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。MFM圖像襯度來源于MFM探針尖端磁矩與樣品表面產(chǎn)生的雜散場(chǎng)相互作用。MFM圖像中的顏色代表了沿著不同方向的磁化成分：藍(lán)色（向上）、紅色（向下）和白色（平面內(nèi)）。在零外場(chǎng)中，觀察到的磁性結(jié)構(gòu)如圖3(a)所示。隨著外磁場(chǎng)的增加，磁學(xué)紋理開始演化為隨機(jī)分布在整個(gè)樣品中的氣泡形結(jié)構(gòu)，如圖3（b?e）所示。值得注意的是，在更高的磁場(chǎng)中觀察到兩種明顯的磁對(duì)比。圖3(f)顯示了在圖3(e)中觀察到的兩種不同紋理的放大圖。在同一磁場(chǎng)和樣品厚度下，這兩種不同的磁對(duì)比表明，它們是由兩種不同的磁性紋理造成的。

圖3  低溫強(qiáng)磁場(chǎng)磁力顯微鏡研究FGT5材料。4a-4e, 在溫度100 K下記錄厚度約為170μm的晶體的MFM圖像。

課題組通過對(duì)不同厚度的片層進(jìn)行LTEM和MFM測(cè)量，發(fā)現(xiàn)三種不同的磁基態(tài)在不同厚度下是穩(wěn)定的：(i)疇相，（ii）條紋相和（iii）分形相。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，F(xiàn)GT5具有磁性紋理，可以通過薄片厚度來調(diào)整。金屬豐度、室溫Tc、厚度依賴性和各種磁相的存在使FGT5成為一種非常有前途的自旋電子應(yīng)用材料。

低溫強(qiáng)磁場(chǎng)原子力磁力顯微鏡attoAFM MFM I 已經(jīng)在北京大學(xué)，清華大學(xué)，南京大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)，北京師范大學(xué)等單位順利運(yùn)行，持續(xù)助力各個(gè)課題組的科研工作。圖4為常見的的低溫強(qiáng)磁場(chǎng)原子力磁力顯微鏡，該系統(tǒng)配置attocube特有的低溫掃描臺(tái)以及納米精度位移臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)常見氧化物薄膜，超導(dǎo)材料，低維層狀材料，納米線等微納尺度材料的低溫形貌，磁力磁疇與斯格明子觀測(cè)等電磁學(xué)性質(zhì)測(cè)量。值得指出，系統(tǒng)兼容德國(guó)attocube公司推出的用于超靈敏SPM測(cè)量的全新超低振動(dòng)低溫恒溫器attoDRY2200。該系統(tǒng)已經(jīng)在中國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家完成多套安裝與運(yùn)行，已助力全球用戶在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下的磁學(xué)成像研究中取得眾多突破性成果。

圖4：常見配置-低溫強(qiáng)磁場(chǎng)原子力磁力顯微鏡，兼容attoDRY2100低溫系統(tǒng)。