近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心陸輕鈾課題組自主研制成功超導(dǎo)磁體中的可整體旋轉(zhuǎn)磁力顯微鏡（MFM），即探針與樣品一同在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，磁場(chǎng)方向在平行于樣品與垂直于樣品間連續(xù)變化，從而在非矢量型超導(dǎo)磁體中實(shí)現(xiàn)材料磁疇結(jié)構(gòu)相對(duì)于磁場(chǎng)方向不同角度的各向異性成像測(cè)量。在La_2/3Ca_1/3MnO₃(NdGaO₃襯底)40 nm薄膜的磁疇表征中，研究發(fā)現(xiàn)鐵磁疇中的電子磁矩方向會(huì)隨著磁場(chǎng)方向的變化而變化，但電子磁矩始終被限制在磁疇壁內(nèi)。該研究成果以A mechanical rotatable magnetic force microscope operated in a 7 T superconducting magnet為題在線發(fā)表于顯微學(xué)期刊Ultramicroscopy上受制于傳統(tǒng)強(qiáng)磁體口徑尺寸，在磁力顯微鏡的磁性研究過(guò)程中，磁場(chǎng)通常只能垂直于樣品表面施加。所以，對(duì)于單晶材料以及器件等重要各向異性磁性樣品而言，磁場(chǎng)方向?qū)Σ牧洗判杂绊懙难芯砍１缓雎?。這是磁力顯微鏡在強(qiáng)磁體中對(duì)各向異性磁性材料表征時(shí)存在的普遍缺陷。矢量磁體（X與Z兩方向線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加成方向可變的合磁場(chǎng)）能夠避免此問(wèn)題，但其價(jià)格高昂且通常只有一個(gè)方向的磁場(chǎng)較強(qiáng)。旋轉(zhuǎn)磁力顯微鏡的成功研制很好地解決了這兩個(gè)問(wèn)題。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)改造其發(fā)明的“蜘蛛馬達(dá)”結(jié)構(gòu)，制作出了小而緊湊的磁力顯微鏡鏡體，擺脫了7 T超導(dǎo)磁體孔徑對(duì)鏡體尺寸的限制，實(shí)現(xiàn)了磁力顯微鏡整個(gè)鏡體在超導(dǎo)磁體孔徑中的旋轉(zhuǎn)，從而磁體的最高場(chǎng)可在0到90度的樣品夾角范圍施加于待測(cè)樣品；同時(shí)測(cè)量溫度可覆蓋從液氦低溫到室溫范圍。研究團(tuán)隊(duì)利用該裝置對(duì)La_2/3Ca_1/3MnO₃(NdGaO₃襯底) 40 nm薄膜進(jìn)行磁場(chǎng)變向時(shí)的磁疇成像表征，發(fā)現(xiàn)當(dāng)磁場(chǎng)方向由面外逐步轉(zhuǎn)向面內(nèi)時(shí)，鐵磁疇中的磁矩也逐漸轉(zhuǎn)向到平行于樣品表面并形成類似面內(nèi)的N-S結(jié)構(gòu)，但始終被初始疇壁所限制，反映出疇壁能、取向能之間一定的定量關(guān)系。

該裝置的成功研制為實(shí)現(xiàn)高場(chǎng)全角度各向異性磁結(jié)構(gòu)成像提供了測(cè)量平臺(tái)，也使其推廣至更強(qiáng)磁場(chǎng)與極低溫條件成為了可能。

論文鏈接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0304399120302229

旋轉(zhuǎn)鏡體設(shè)計(jì)圖

磁疇隨磁場(chǎng)方向的變化