Nat. Mater. 清華材料學院實現原子面分辨測量材料軌道與自旋磁矩

2021-01-16 化學加

來源 | 清華新聞網            編輯 | 化學加

2月5日，清華大學材料學院朱靜、鍾虓、於榮研究組在高空間分辨材料磁性表徵方法取得重大進展，於國際頂級期刊《自然·材料》(Nature Materials)在線發表了題為「應用色差校正電子顯微學方法進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。該研究基於朱靜、鍾虓、於榮研究組之前所發展的定量電子磁圓二色譜（Electron Magnetic Circular Dichroism）技術和佔位分辨電子磁圓二色譜技術，優化衍射動力學條件，應用色差校正透射電子顯微學技術，聯合德國於利希研究所、亞琛工業大學、瑞典烏普薩拉大學與日本筑波大學的合作者，在國際上首次通過實驗手段獲得了材料內部原子面分辨的磁圓二色譜，並基於實驗結果定量計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》當期目錄圖片。

跳轉閱讀→手機版的ChemDraw來啦，簡單好用還免費，快來試試~ （附安裝包）

《自然·材料》當期目錄圖片:原子面分辨自旋探測示意圖。

磁性材料被廣泛應用於國民經濟和國家安全中的各個領域，信息科技的高速發展尤其對磁性材料的先進性能研發提出了迫切需求。實現自旋構型與材料結構的原子尺度協同定量表徵，是理解、預測與調控磁性材料的物理性質的關鍵

近五十年以來，傳統的磁成像手段如中子衍射、X射線磁圓二色譜、電子全息等，成像解析度達到微米或納米尺度，均無法實現原子分辨。實現自旋構型原子尺度成像，在當今材料科學基礎研究中具有重大的科學意義，在設計製造高密度、低功耗、快速的存儲器件、推進信息與通訊技術方面有廣闊的應用前景。

清華大學材料學院朱靜、鍾虓、於榮帶領幾代研究生王自強、宋東升、王澤朝等圍繞原子尺度自旋表徵領域開展了長達十年的持續攻關。他們原創性地發展了定量電子磁圓二色譜技術，實現了利用透射電子具高空間分辨的佔位分辨的磁參數測量及材料面內本徵磁性測量等技術，解決了納米尺度上定量獲得材料磁結構信息的難題。在此基礎上，結合色差球差校正與空間分辨電子磁圓二色譜技術，突破性地實現逐層原子面的自旋構型成像，定量測量原子尺度的軌道自旋磁矩比，在原子尺度上同時測量材料的結構、成分與磁矩。該研究團隊在國際上首次成功地將自旋表徵磁圓二色譜的解析度從納米尺度推進到了原子尺度，將材料的軌道自旋磁矩分布磁信息與其原子構型、元素組成、化學鍵合等結構信息在原子層次上一一對應，如圖2所示，對於在原子尺度理解自旋、晶格、電荷、軌道等多個自由度的結構參量與材料磁性能之間的相互關聯有重要意義。電子磁圓二色譜技術自2006年誕生以來，由於其實驗技術和理論解釋的複雜性與挑戰性，十多年來國際範圍內僅有有限的幾個研究組堅持這一方向的研究，而北京電子顯微鏡中心經過幾代人的努力，在該領域得到了穩健的、飛速的發展，目前已受到國內外學術界的普遍關注。原子尺度磁圓二色譜成像工作於2018年2月5日被國際頂級的材料科學雜誌《自然·材料》在線發表。

圖2. 原子尺度材料結構-成分-磁矩的協同定量測量。

清華大學材料學院副研究員鍾虓為本文的通訊作者，他的清華大學博士學位論文（2001-2006）就是利用電子能量損失譜方法研究Ni3Fe的電子結構，掌握了電子能量損失譜的基本理論知識和實驗技能；博士後（2006-2010）在美國阿貢國家實驗室學習和應用美國消像差電子顯微鏡項目中裝有原型色差校正器的電子顯微鏡，2010年回清華後加入朱靜的電子磁圓二色譜研究課題組。清華大學材料學院2015級碩士研究生王澤朝為本文的第一作者。合作者包括清華大學材料學院朱靜教授、於榮教授、碩士研究生江翰博同學，德國於利希研究中心（提供了世界上僅有1臺的50-300千伏色差球差校正電子顯微鏡支持）的阿米爾·塔瓦比（Amir Tavabi）博士、金磊博士、拉法爾·杜寧-波科夫斯基（Rafal Dunin-Borkowski）教授和亞琛工業大學的約阿希姆·邁爾（Joachim Mayer）教授，瑞典烏普薩拉大學的楊·如施（Ján Rusz） 博士與德米特裡·秋瓊尼科夫（Dmitry Tyutyunnikov）博士，日本筑波大學的守有·浩（Yutaka Moritomo）教授。該課題是在國家重點研發計劃、國家自然科學基金委，科技部973計劃、清華大學自主科研計劃、國家重大科學儀器設備開發專項、清華大學亞琛工業大學研究生交流獎學金等經費的支持下完成的，得到了北京電子顯微鏡中心的設備和各種資源的支持。

論文連結：https://www.nature.com/articles/s41563-017-0010-4

更多精彩，關注本號後，後臺回復相應代碼查看

回復 c001：漫畫化學    回復 d001：化學趣史

回復 f001：視頻動畫    回復 g001：趣味實驗
回復 a002：餐桌化學    回復 i001：繽紛化學
回復 j002：化學趣聞   回復 m002：創意化學
回復 k001：趣味化學   回復 L004：漲—知識

回復 w009：化學前沿   回復 z001：科研名人

回復 q003：科學解釋   回復 u001：化學心得

歡迎廣大讀者分享賜稿或者有償投稿

原創稿一經採用：200-1000元/篇

編輯手機/微信 :18676881059 

郵箱：gongjian@huaxuejia.cn

化學化工行業交流群：413544856

藥物化學中間體API群：177675326

日用化學精細化工群：456356583

相關焦點

  • 清華材料學院周濟等在人工非線性光學材料方面研究取得突破
    清華材料學院周濟等在人工非線性光學材料方面研究取得突破清華新聞網4月18日電 4月17日，清華大學材料學院周濟教授課題組在物理學期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上發表題為「由電磁耦合超構分子產生的人工非線性」（Artificial Nonlinearity Generated
  • 清華材料學院教師成為國際材料輻照損傷機制研究會首位中國會員
    清華材料學院教師成為國際材料輻照損傷機制研究會首位中國會員　　清華新聞網5月29日電 5月19-24日，在法國舉行的第17屆國際反應堆壓力容器材料輻照損傷機制大會（The International Group on Radiation Damage Mechanisms
  • 清華材料學院舉行校友大會暨校友基金捐贈儀式
    清華材料學院舉行校友大會暨校友基金捐贈儀式 清華新聞網5月1日電（通訊員 冉銳 高宇曦）4月30日上午，材料學院2017年校友大會暨校友基金捐贈儀式在主樓接待廳舉行。清華大學副校長楊斌、金剛教育基金捐贈代表1982級校友馮斌、材料學院院長林元華、黨委書記楊志剛出席。
  • 清華材料學院唐子龍課題組在高倍率鋰離子電池材料方面再獲突破
    清華材料學院唐子龍課題組在高倍率鋰離子電池材料方面再獲突破清華新聞網12月9日電 12月3日，清華大學材料學院唐子龍教授課題組在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）期刊上發表題為「具有類玻璃-陶瓷相的高倍率釩酸鹽鋰離子電池正極材料」（Glass‐Ceramic‐Like
  • 清華大學材料學院與武漢理工大學材料學院進行線上主題教育活動
    清華新聞網4月29日電（通訊員 江國琛 劉思捷）4月16日晚，清華大學材料學院、武漢理工大學材料學院研究生團支部、黨支部齊聚線上，以「從我做起，同心戰『疫』」為主題，舉行雲上聯合主題教育活動。清華大學材料學院黨委副書記王秀梅、武漢理工大學材料學院黨委副書記陳華、清華大學材料學院黨委研究生工作組組長宋成、武漢理工大學材料學院黨委組織員孫潔、武漢理工大學團委書記張巍，以及兩校材料學院共135名研究生團員、黨員參加活動。活動由清華大學材料學院2019級博士生楊樂萍主持。
  • 清華材料學院陳娜等在室溫磁性半導體及器件研究中取得重要進展
    清華材料學院陳娜等在室溫磁性半導體及器件研究中取得重要進展清華新聞網12月14日電 近日，材料學院材料加工研究所非晶合金研究組陳娜副研究員和合作者通過誘導磁性金屬玻璃發生金屬-半導體轉變的方式，開發出居裡溫度高於600 K的p型磁性半導體，並基於此磁性半導體實現了室溫p-n結和電控磁器件的製備（圖1b和c）。
  • 清華大學材料學院成立大會舉行
    記者 智 斐 攝　　陳吉寧在大會上致辭，他代表學校對材料學院的成立表示祝賀，對關心、支持清華材料學科發展的社會各界表示感謝。陳吉寧在講話中回顧了清華材料學科的發展歷程，肯定了其學科特色和突出成績。陳吉寧指出，材料科技在國家創新體系，特別在經濟建設和國防現代化的國家重大工程建設中有著重要的戰略性、基礎性地位。
  • 製備均勻潔淨的二維材料 清華-伯克利深圳團隊的研發實現突破
    見圳客戶端·深圳新聞網2020年6月5日訊（見圳客戶端、深圳新聞網記者 金洪竹）近日，記者從清華-伯克利深圳學院獲悉，學校成會明、劉碧錄團隊成功開發基於「溶解-析出」機理生長二維過渡金屬硫族化合物的普適方法。
  • 清華-伯克利深圳學院團隊發文提出二維材料的巨磁光克頓-穆頓效應
    清華新聞網7月31日電 7月24日，清華-伯克利深圳學院劉碧錄、成會明團隊與英國曼徹斯特大學諾貝爾物理獎得主安德烈•蓋姆團隊合作在《自然·通訊》（Nature Communications）期刊上在線發表了題為《二維材料分散液的巨磁致雙折射效應及磁控變色》（Giant magneto-birefringence
  • 【抗疫期間的清華科研】材料學院開啟「雲上講座」 宅家玩轉學術報告
    【抗疫期間的清華科研】材料學院開啟「雲上講座」 宅家玩轉學術報告清華新聞網3月6日電 開組會、做科研、學術交流是研究生同學日常生活的三大要素，為促進師生間的學術交流、滿足同學們的科研需求，清華大學材料學院推出「從我做起，同心戰疫」主題活動之線上講座活動，讓宅家科研成為日常。
  • 清華材料學院教授創辦「清科紫峰」,或會發力陶瓷領域
    該公司註冊資本為3637萬元人民幣，華控技術轉移有限公司（由清華技術100%控股）參與投資。其自然人股東包括萬金泉、李林峰、潘偉、齊龍浩和葉志強。其中潘偉是清華大學材料學院教授，任新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室主任。
  • 清華材料學院劉鍇團隊發表綜述文章闡釋二氧化釩的相變特性及應用...
    清華材料學院劉鍇團隊發表綜述文章系統闡釋二氧化釩的相變特性、性能調控及應用前景清華新聞網4月20日電 4月16日，清華大學材料學院劉鍇副教授團隊與合作者在國際材料科學領域知名學術期刊《今日材料》（Materials Today）上在線發表長篇綜述文章《二氧化釩物性及應用的最新進展
  • 清華SIGS材料研究院正式揭牌成立,致力於引領前沿新材料方向
    見圳客戶端•深圳新聞網2020年11月13日訊（深圳特區報記者 李麗 通訊員 周建華 張潔 劉樂 丁超 文/圖）11月12日下午，清華大學深圳國際研究生院（以下簡稱「國際研究生院」，英文縮寫SIGS）材料研究院（iMR）舉行成立大會並正式揭牌。
  • 校友姜龍捐資材料學院支持教育教學工作
    他表示，學校和學院的發展和進步，得益於國家的重視和支持，更離不開廣大熱心校友和社會各界的關愛和幫助。相信材料學院在校友們和社會各界的支持和關注下必將在科研和人才培養工作方面取得更多突破。 他表示，身為清華人，一世清華魂，心中一直感恩母校的培養並時刻關注母校的發展。本次的捐贈，也是為母校的發展與建設盡一份綿薄之力。姜龍所帶領的歌爾集團一直深耕智能硬體產業的研發和製造，對新材料尤其是精密材料的研發與產業化有著迫切的需求，未來也將與清華攜手，未來共同致力於精密材料領域的技術創新和發展。
  • 清華材料學院成功研髮捲對卷電沉積裝置控制合成金屬基納米材料
    近日，清華大學材料學院伍暉副教授課題組開發出一種全新的納米顆粒製備技術，首次提出利用高速旋轉卷對卷裝置控制納米顆粒的生長過程，成功實現了金屬單質、合金和金屬氧化物等多種材質的納米顆粒製備，為金屬納米粉末的合成提供了新思路和新機遇。
  • npj: 二維材料楊氏模量的新測量方法—簡便、精確、高空間分辨
    海歸學者發起的公益學術平臺分享信息，整合資源交流學術，偶爾風月二維（2D）材料的彈性是其基本力學特性參量之一但要精確測量2D材料的彈性模量卻難度不小，傳統的懸空測量法還存在不少的不足之處。來自中科院深圳先進技術研究院、南京航空航天大學和華盛頓大學的研究團隊，開發了一種新方法，對於沉積在襯底上的2D材料，可直接高空間分辨地描繪其面內楊氏模量。
  • 清華大學材料學院赴廣東佛山開展暑期就業實踐活動
    助力佛山智造，獻言產業革新清華大學材料學院赴廣東佛山開展暑期就業實踐活動清華新聞網8月9日電（通訊員 陳金瀚 胡磊 霍元東）7月25日至8月1日，來自清華大學材料學院、機械系、自動化系的10名研究生組成材料學院赴廣東佛山先進位造實踐支隊，在機械系教授楊林的帶領下，