低维量子磁性材料实验室成立于2020年11月，隶属于中国科学技术大学国家同步辐射实验室。实验室由李倩研究员担任负责人，目前实验由4名博士生、5名硕士研究生组成。实验室以新型自旋电子学材料的同步辐射表征为特色，研究磁性材料在自旋-轨道耦合作用下奇特的磁光、磁电特性，探索超薄的低维量子磁性材料在量子效应尺度下的新型磁结构和高频自旋动力学行为。实验室主要研究方向为低维量子磁性材料及其应用：包括二维磁性材料、拓扑磁性材料、反铁磁材料等新型自旋电子学材料。
主要研究方向：
1、铁磁和反铁磁薄膜材料的同步辐射表征
利用分子束外延（MBE）制备单晶反铁磁薄膜，用一系列的手段调控铁磁和反铁磁的自旋方向，并结合X光磁圆二色（XMCD）和X光磁线二色（XMLD）等同步辐射手段进行表/界面测量：（1）利用MgO(001)台阶衬底和铁磁/反铁磁之间的界面耦合实现自旋面内方向的多次转向（Phys. Rev. B 91, 104424 (2015)，图(a)），并在铁磁/反铁磁/铁磁三层膜结构中实现了自旋朝面外方向的倾斜（Phys. Rev. B 96, 214405 (2017)）；（2）利用热激发和铁磁/反铁磁（Fe/CoO）的界面交换耦合的共同作用，实现反铁磁磁畴动态翻转过程的观测（Phys. Rev. B 91, 134428 (2015)；Phys. Rev. B 96, 024420 (2017)，图(b)）；（3）利用不同晶格常数的衬底在反铁磁薄膜中产生的应力和反铁磁/反铁磁界面的交换耦合作用调控了反铁磁的自旋方向和奈尔温度（Sci. Rep. 6, 22355 (2016)，图(c)）；（4）构造了反铁磁体系的螺旋畴壁（图(d)），修正了沿用三十多年的交换偏置Mauri模型（Phys. Rev. Mater. 3, 114415 (2019)）。
2、自旋流在反铁磁材料中的传输
我们搭建了一套基于同步辐射的超快磁学测量系统——X射线铁磁共振（XFMR，图(a)），实现了交流自旋流和相干度的探测，并结合独特的样品设计实现元素（层间）分辨和时间（相位）分辨的动态测量。申请人利用分子束外延（MBE）制备了高质量的外延多层膜体系Py/Ag/CoO/Ag/FeCo（图(b)），利用XFMR首次观测了反铁磁材料可以传递相干的GHz交流自旋流，否定了反铁磁材料中倏逝自旋波传递自旋流的机制，表明了热激发的本征THz磁子传递自旋流的机制（Nat. Commun. 10, 5265 (2019)）。另外，我们进一步探讨了反铁磁材料中不同奈尔矢量方向对自旋流传播的影响，利用X光磁线二色（XMLD）测量直接确定了反铁磁层的自旋方向，创新性地提出在剥离铁磁/反铁磁层间交换耦合对自旋流传输的影响后，自旋流在反铁磁材料中的传输是各向同性的（PRB 101, 224418 (2020)）。2020年申请人受邀撰写同步辐射类期刊综述文章Synchrotron Radiat. News 33, 12 (2020)。
3、基于同步辐射的二维范德瓦尔斯磁性材料磁性调控的研究
2017年，科学家发现二维范德瓦尔斯磁性材料（Cr2Ge2Te6和CrI3）中具有本征磁长程有序。这一发现为自旋电子学的基础研究和应用开辟了新的研究方向。
通过聚焦离子束刻蚀技术将FGT 材料刻蚀成菱形结构，FGT的磁畴结构会由低温下的面外条状磁畴结构转变成高温面内涡旋磁畴结构（Nano Lett.18, 5974 (2018)）。并且，FGT的居里转变温度可以通过Ga离子调控到室温以上（Adv. Quantum Technol. 3, 2000017 (2020)）。此外，在零磁场下，我们在FGT/（Co/Pd)10异质结上构建了Néel型磁性斯格明子，并且揭示了斯格明子的形成原因是由于磁性界面耦合相互作用。
4、二维磁性材料的超快磁性动力学研究
我们拟开展二维材料的超快磁性动力学研究，探究二维材料异质结中的自旋流输运信息。
5、纳米磁结构的拓扑保护
我们利用PEEM成像手段，研究了Co disk/Cu/PMN-PT(011)中Co disk在电场作用下的磁涡旋方向的变化，发现Co的涡旋畴结构可以在顺时针和逆时针方向来回变化。
