近日，中國科學技術大學中科院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、石發展等人與南京大學聶越峰、楊玉榮小組在反鐵磁薄膜掃描磁成像的實驗研究中取得進展，利用金剛石氮-空位色心（簡稱NV色心）掃描顯微鏡對反鐵磁BiFeO3的自支撐薄膜進行原位應力調控下的掃描成像。該研究成果以“Observation of uniaxial strain tuned spin cycloid in a freestanding BiFeO3film"為題發表在Advanced Functional Materials上[Adv. Funct. Mater. 2023, ]。

BiFeO3（BFO） 是一種由于Dzyalonshinskii-Moriya相互作用具備擺線序的反鐵磁材料。BFO內擺線序與應力的相互作用機制是該領域的一個研究重點。當前的相關研究均利用外延方法調控BFO材料中的應力，這種方法難以原位和連續地對應力進行調控。這使得磁-應力相互作用中的一些重要問題，如任意取向應力下磁序的變化、磁序相變附近的演化過程等在實驗上難以開展研究。

本工作中，研究者用分子束外延和可溶犧牲層的工藝制備了一種自支撐的BFO薄膜，并用掃描NV顯微鏡對應力調控下的薄膜進行了掃描磁成像。成像結果表明，在應變達到1.5%時擺線序扭轉約12.6°。前列性原理計算表明，實驗觀測倒的磁序扭轉在相應應力下能量較低。

這一工作較早對BFO自支撐薄膜的磁序進行研究，原位調控和高空間分辨率的掃描成像技術提供了一種新的對磁-應力相互作用進行研究的思路。這一成果對反鐵磁薄膜的理論研究以及新型磁存儲器件的應用均有重要價值。

中科院微觀磁共振重點實驗室博士后丁哲、博士生孫豫蒙以及合作組博士生鄭寧沖、馬興越為此工作共同前列作者，杜江峰院士、聶越峰教授和楊玉榮教授為此工作的共同通訊作者。該研究得到了科技部、國家自然科學基金委、中國科學院和安徽省等資助。

在論文致謝中，作者提到：NV掃描探針由國儀量子提供（The NV scanning probe was provided by CIQTEK ）。

國儀量子目前已推出了商用的量子鉆石原子力顯微鏡（掃描NV顯微鏡），這是一臺基于NV色心自旋磁共振和AFM掃描探針技術的量子精密測量儀器，可實現樣品磁學性質的定量無損成像，具有納米級的高空間分辨以及單個自旋的超高探測靈敏度，是研究材料磁學性質的新利器，在磁疇成像、二維材料、拓撲磁結構、超導磁學、細胞成像等領域有著廣泛應用。