Quantum Design中国用户科研成果快报（2021年第5期）

磁电系统可用于开发磁电随机存取存储器和微传感器器件。一个很有前途的系统是两相3-1型多铁纳米复合材料，其中一维磁柱嵌入三维铁电矩阵中。然而，它受到了一些限制，包括不必要的泄漏电流和需要与磁场偏置。在这里，我们发现额外的一种反铁磁添加到3-1型多铁质纳米复合材料可以在室温下实现较大的自偏磁电效应。我们的三相体系包括铁电Na_0.5Bi_0.5TiO₃基体矩阵，嵌入表面包覆有反铁磁性p型NiO铁磁性的NiFe₂O₄纳米柱。这个自组装的系统展现出高达1.38 × 10^–9 s m^–1磁电系数，足够将磁各向异性从易轴(Keff = 0.91 × 10⁴ J m^–3)转换到易平面(Keff = –1.65 × 10⁴ J m^–3)。

The magnetic properties and converse ME effect was measured with an MPMS3 (Quantum Design). During the ME measurements, an electric field was applied between the Pt electrode and Nb:STO substrate with a Keithley 2400 sourcemeter. Hall measurements of the NBT film were carried out using a PPMS (Quantum Design) interfaced to a Keithley 2182 nanovoltmeter and 2425 sourcemeter.

稀土离子三角形晶格具有相互作用的有效自旋1/2局域矩，是研究强自旋轨道耦合、晶体场以及几何阻挫对量子自旋液体（ QSLs ）物性影响的理想平台。NaYbCh₂ (Ch=O, S, Se)具有的三角形晶格，被认为是QSLs的候选者。先前对NaYbCh₂的热力学、核磁共振和粉末样品中子散射测量都支持QSL基态假设。QSL的关键特征——由自旋量子数分数化引起自旋激发连续性——尚未观察到。在这里，我们对高质量的单晶NaYbSe₂样品进行了弹性和非弹性中子散射测量以及详细的热力学测量，确认该材料在40 mK以下仍没有长程磁序，并进一步揭示了从0.1~2.5 meV的磁激励连续性特征。磁激发谱的结构与自旋连续性的理论期望的比较表明，NaYbSe₂的基态是一个具有自旋费米表面的QSL。

The specific heat capacity of NaYbSe₂ was measured down to 50 mK using a thermal-relaxation method in DynaCool-PPMS (Physical Property Measurement System, Quantum Design) with the magnetic field applied along the c axis at Fudan University and Rice University.

拓扑霍尔效应(THE)是一种探测新型磁性材料中自旋手性的有力工具。二维层状磁性材料的THE以及可能的手性自旋结构是近年来研究的热点。然而，二维材料在室温下的THE很少被报道，这阻碍了它在二维自旋电子学中的实际应用。本文报道了一种新型准二维铁磁材料Cr_1.2Te₂在高达320 K的宽温窗内可能具有反对称峰的信号。温度、厚度和磁场的依赖性研究表明了自旋手性可能来源于外磁场下的自旋倾斜有关。我们的工作为手性自旋vdW电子器件的实际应用进行的早期的探索。

Magnetization characterizations of Cr_1.2Te₂ and CrTe₂ single crystals were carried out by a vibrating sample magnetometer (MPMS 3, Quantum Design) under external magnetic field along the a−b plane and c-axis. Transport measurements for exfoliated Cr_1.2Te₂ flakes were performed in physical property measurement system (Quantum Design, PPMS-9T).

人们对提高热电材料的性能进行了不断的研究，近有报道提出了利用磁性提高功率因子的新方法。本文研究了Fe掺杂对Bi₂Te₃基材料热电性能的影响。采用机械合金化与放电等离子烧结相结合的方法合成了一系列Fex(Bi,Sb)_2-xTe₃块体样品。XRD和DFT计算结果表明，掺杂材料中Fe²⁺和Fe³⁺共存，首先取代Bi3+位并收缩晶格。在(Bi,Sb)₂Te₃中共掺杂Fe²⁺/Fe³⁺有助于降低载流子浓度(nH)、带隙(Eg)和增加有效质量(m^∗)。随着x的增加，(Bi,Sb)2Te3基体中析出铁磁FeTe₂第二相。M-H曲线表明所有掺铁样品均具有弱铁磁性，这可以散射低能载流子，但对高能载流子的影响很小，从而有效地提高了迁移率。由于弱铁磁性和优化能带结构的协同作用，当x = 0.05时，大功率因数可达45 μWcm⁻¹K⁻² ，比x = 0时提高了28.5%。在x = 0.05的试样中，在323 K时ZT峰值达到1.2，在303 ~ 473 K范围内的理论ηmax值达到7.6%。结果表明，引入弱铁磁性是提高Bi-Sb-Te基材料室温热电性能的有效途径。

The in-plane (IP) and OP hysteresis loops of Pt/γ′-Fe₄N/MgO heterostructures at different temperatures were measured by a Quantum Design magnetic property measurement system. Electronic transport property was measured using a Quantum Design physical property measurement system.

采用光学浮区炉系统制备了直径5.2 mm、长度55 mm的大单晶Dy_0.5Er_0.5FeO₃ 。通过粉末实验和劳厄x射线衍射实验，证明该单晶质量良好，无杂质。采用1~2毫米见方的Dy_0.5Er_0.5FeO₃单晶样品进行磁性测量，在小于48 Oe的磁场下，自旋在零场冷却(ZFC)和场冷却(FC)测量模式的磁化 (M-T)曲线之间切换。在DyFeO₃和ErFeO₃单晶母材料中，自旋开关双向切换现象(FC模式下磁化强度下降，ZFC模式下磁化强度跳跃)尚未见报道。更有趣的是，这种自旋开关可以很容易地在50至近400 K的大温度范围内低场条件来实现。自旋重取向转变发生在35.9-48 K附近，铁子晶格自旋构型发生了从Γ4到 Γ2的变化。Dy_0.5Er_0.5FeO₃单晶两种子晶格中(Dy, Er)-4f电子与Fe-3d电子在不同温度和磁场下的磁相互作用决定了自旋重取向转变和自旋开关。

The magnetic behavior of single crystals in the regimes of zero field cooling (ZFC) and field cooling (FC) under different magnetic fields and temperatures are measured using the Quantum Design Superconducting Quantum Interference Device (MPMS3).

We performed direct and alternating current (dc and ac) susceptibility measurements with a conventional superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer.

Ce₂Fe₁₄B作为一种基于广泛而廉价的稀土(铈)的新型永磁体,低矫顽力和低大磁能积严重限制了其在永磁领域中的应用. 在这项工作中, 我们报道了一种将熔融纺丝技术和电子束曝光(EBE)技术结合的新方法, 旨在制造高性能Ce-Fe-B磁体. 值得注意的是,该方法可以在不使用任何其他重稀土元素的情况下调控出合适的晶界构型. 在佳EBE条件下, 纯Ce-Fe-B合金的大磁能积为6.5 MGOe, 比常规快速热处理方法制备的合金的大磁能积高四倍左右. 这说明, 使用EBE制备的CeFeB材料作为前驱体, 经过进一步加工之后, 如热变形或烧结, 有望填补六角铁氧体与Nd-Fe-B磁体之间的市场空白。

Magnetic measurements were performed with a physical property measurement system (PPMS-9) and vibrating sample magnetometer (VSM, Lakeshore8600) at room temperature (RT).

The magnetic-field- and temperature-dependent resistance of the Ba122 cores was measured by a quantum design physical property measurement system (PPMS). The magnetic property of the tape was characterized by SQUID-VSM on the magnetic property measurement system (MPMS).

我们报道了碳掺杂对元素Re的结构和超导性能的影响，研究了一系列不同掺杂浓度的多晶ReCx样品，x高可达0.10。结构分析表明，碳原子在密排六方Re晶格中占据八面体间隙位。这导致了单位胞元主要沿a轴的扩展，以及Re结合能向较高值的方向移动。此外，这些ReCx样品被发现是弱耦合的、完全间隙的II型超导体。随着C含量x的增加， Tc 和零温度上临界场Bc2(0)均呈单调增加趋势。x = 0.10时，Tc, Bc2(0)达到2.65 K和1.18 T,分别超过纯Re金属相应值的50%和60倍。结合理论计算,我们表明,C掺杂引起的Tc的增强是由于费米能级态密度的增加和电子声子耦合的增强。结果表明，间隙原子的引入为调节过渡金属元素的超导性提供了一种可行的方法。

The specific heat measurements were carried out in a Quantum Design Physical Property Measurement System (PPMS-9 Dynacool). The dc magnetization measurements were done in a commercial SQUID magnetometer (MPMS3).

本文报道了用电弧熔炼技术合成的新型四元化合物ThMo₂Si₂C的超导性。该化合物为四角形的CeCr₂Si₂C型结构，晶胞参数为a = 4.2296 Å 和 c = 5.3571 Å。依据原子距离，认为层间Si-Si原子为共价键结合。电阻率和磁化率的测量结果表明，该材料具有Pauli顺磁金属性，并且电子-电子散射占主导。2.2 K时的体超导电性可以通过无量纲比热跃变ΔC/γnT = 0.98证明。此外本文还给出了临界磁场、相干长度、穿透深度和超导能隙的超导相关参数。

The electrical resistivity was measured in a Quantum Design Physical Property Measurement System (PPMS-9 Dynacool), using a standard four-probe method down to 1.8 K, and then, if necessary, from 1.8 to 0.4 K with an adiabatic dilution refrigerator option. The measurement of specific heat down to 0.4 K with ³He subassembly was carried out on a Quantum Design PPMS-9 Evercool II using a relaxation method. The dc magnetization measurements down to 0.4 K were performed on a Quantum Design magnetic property measurement system (MPMS3) with a ³He cryostat.

本文报道了电子型掺杂Zn替换Cu对Cu_0.5IrTe₂物理性能的影响。我们发现微量Zn掺杂浓度(x)对电荷密度波(CDW) 有不利影响，而超导态在化学成分发生较大变化时仍可以保持。超导转变温度(Tc)随掺杂浓度x的演变呈微弱的dome形状，并在x = 0.5时，达到高Tc2.82 K，整体变化不大。佳掺杂组分Zn_0.25Cu_0.25IrTe₂的标准化电子比热ΔCel./γTc值为1.45，与 BCS值(1.43)非常接近，表明其体材料具有超导的本体性质。磁化强度和电阻率结果进一步表明，我们的Zn掺杂Cu_0.5IrTe₂是II型超导体。我们认为这些稳定的(Zn_xCu_1–x)_0.5IrTe₂ (0 ≤ x ≤ 0.9)超导体可能适用于一些基于剥落晶体薄片和薄膜器件的研究。

Transport and magnetization measurements as a function of temperature were measured by the DynaCool Quantum Design Physical Property Measurement System (PPMS).

压力的施加大促进高温超导体的研究，特别是在超氢化物中。然而，在这些材料中创造超导性所需要的高达几百GPa的压力限制了它们的技术应用。实现近环境条件下的高温超导非常有意义。选取相变合金Ge₂Sb₂Te₅，通过x射线衍射、拉曼散射、电阻率和霍尔系数的测量，研究了该材料在压力作用下由三角相经非晶相到体心立方相的相变过程。观察到超导现象在后两相发生，并能在减压运行中维持在接近环境压力下。结果表明，压力引起的无序是压缩相变合金保持超导性的关键。

The temperature-dependent resistivity and thermal conductivity at ambient pressure were measured in a thermal transport option setup by using Quantum Design’s PPMS. The resistivity and Hall coefficient were obtained using the Van Der Pauw method [36] in Quantum Design’s Physical Property Measurement System.

GaFeO₃型铁氧体具有很强的磁化和化能力，是一种很有前途的常温多铁材料。为了扩大其应用范围，对其磁性能进行控制至关重要。本文在反铁磁(AFM) GaFeO₃中引入铁磁(FM) Fe₃O₄ ，通过改变Ga/Fe比建立FM-AFM界面，并采用浮动区法成功生长Ga_0.69Fe_1.31O₃ (GFO)。我们利用x射线衍射(XRD)对样品进行了表征，并用超导量子干涉仪(SQUID)测量了其磁性能。温度依赖的交流磁化率测量表明，近50 K温度下GFO的类似自旋玻璃行为是由阳离子位无序引起的几何阻挫的表现。此外，磁性性能测试表明， Fe₃O₄引入的磁转变温度Tc为650 K，抑制了GFO在320 K左右的铁磁转变。有趣的是，观察到的交换偏置效应是由于GFO中FM Fe₃O₄引入的FM/AFM界面导致的，在本征GaFeO₃型家族中并不存在。本研究为GaFeO₃型家族在自旋电子器件中的潜在应用提供了一个新的视角。

The magnetic properties were measured using a superconducting quantum interference device (SQUID, Quantum Design MPMS XL5) and a physical properties measurement system (PPMS, Quantum Design).

为加速自发交换偏置(SEB)材料的发现并优化其性能，需要合理的设计方案。利用富Mn的Heusler合金中SEB对分子磁矩值的敏感依赖性，提出了一种利用Mn-Mn距离调节富Ni Heusler合金中分子磁矩从而实现对SEB的调控。

在这里，我们发现在Ni₂Mn_1.4In_0.6-xAlx体系中，Mn-Mn距离是可以控制的。实验结果表明， Ni₂Mn_1.4In_0.6-xAlx (x = 0.24–0.56)具有SEB，且SEB确实被Mn-Mn距离主导。因此，Mn-Mn距离可以调节分子磁矩，进而调节SEB。结果表明，Mn-Mn距离的设计是调整SEB的有效方法。这为SEB材料的开发开辟了新的途径。

The DC and AC magnetic measurements were performed using the Physical Properties Measurement System (PPMS-9, Quantum Design, Inc.).