磁各向異性不但是低維體系產(chǎn)生鐵磁有序的主要來源，而且是磁性材料重要的參數(shù)之一，在永磁材料、軟磁材料、高頻磁性材料、超高密度磁存儲材料和自旋電子材料中起著至關(guān)重要的作用，磁性納米結(jié)構(gòu)的磁各向異性調(diào)控是目前磁學(xué)研究的熱點之一。

單晶襯底的原子臺階可以作為模板來制備自組裝的納米結(jié)構(gòu)，由于受限電子的量子效應(yīng)和維度效應(yīng)，磁性納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出與傳統(tǒng)大塊材料的不同的磁特性，通過單晶襯底修飾已經(jīng)成為調(diào)控磁各向異性的一種有效手段。

中科院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實驗室（籌）磁學(xué)國家重點實驗室成昭華研究組在過去幾年中一直致力于磁各向異性調(diào)控方面的研究，系統(tǒng)研究了Fe/Si（111）和Co/Si（111）等磁性納米結(jié)構(gòu)的磁各向異性，取得了較多有意義的成果。在前期研究中，主要采用改變斜切角度的Si(111)單晶襯底來調(diào)控磁性納米鏈和超薄膜的磁各向異性，其缺點是一旦單晶襯底確定，便無法對磁各向異性進(jìn)行大幅度連續(xù)調(diào)控。

最近，該組吳瓊博士、何為副研究員、劉郝亮博士、張向群副研究員、楊海濤副研究員和成昭華研究員等與北京航空航天大學(xué)物理學(xué)院陳子瑜教授、博士生葉軍合作，發(fā)現(xiàn)通過改變加熱電流方向可以使Si(111)襯底原子臺階寬度產(chǎn)生連續(xù)變化，進(jìn)而能夠成功實現(xiàn)對原子臺階上Fe外延超薄膜的磁各向異性進(jìn)行連續(xù)調(diào)控。磁光克爾效應(yīng)測量的結(jié)果表明，經(jīng)過平行襯底臺階方向電流處理的樣品，其磁各向異性表現(xiàn)為六重對稱；隨著襯底處理電流與臺階夾角的增大，磁各向異性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閱屋S各向異性。通過自關(guān)聯(lián)函數(shù)方法計算可進(jìn)一步表明，磁各向異性主要來源于表面自旋的偶極相互作用。

這一發(fā)現(xiàn)不但有助于加深對低維磁性納米結(jié)構(gòu)磁各向異性的理解，而且提供了一種調(diào)控磁各向異性的新途徑。相關(guān)工作已于近期發(fā)表在Scientific Reports 3,1547 (2013)上。

以上研究工作得到了科技部“973”項目，國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院的支持。