論文の概要: Quantum Imaging of Ferromagnetic van der Waals Magnetic Domain Structures at Ambient Conditions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.20245v1
• Date: Sun, 27 Jul 2025 12:15:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-29 16:23:57.357676
• Title: Quantum Imaging of Ferromagnetic van der Waals Magnetic Domain Structures at Ambient Conditions
• Title（参考訳）: 強磁性ファンデルワールス磁区構造の環境条件における量子イメージング
• Authors: Bindu, Amandeep Singh, Amir Hen, Lukas Drago Cavar, Sebastian Maria Ulrich Schultheis, Shira Yochelis, Yossi Paltiel, Andrew F. May, Angela Wittmann, Mathias Klaui, Dmitry Budker, Hadar Steinberg, Nir Bar-Gill,
• Abstract要約: 2Dファンデルワールス磁性材料は、基本的な視点と潜在的な用途の両方から大きな注目を集めている。 ここでは、窒素空洞中心に基づく量子磁気顕微鏡を用いて、重要な問題に対処する。 磁化のばらつきや相互相関などの空間的に解決された測定値を用い, 遷移温度は15nm以下では明らかな依存性がなく, 顕著な拡散が認められた。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.4385973449503853
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Recently discovered 2D van der Waals magnetic materials, and specifically Iron-Germanium-Telluride ($\rm Fe_{5}GeTe_{2}$), have attracted significant attention both from a fundamental perspective and for potential applications. Key open questions concern their domain structure and magnetic phase transition temperature as a function of sample thickness and external field, as well as implications for integration into devices such as magnetic memories and logic. Here we address key questions using a nitrogen-vacancy center based quantum magnetic microscope, enabling direct imaging of the magnetization of $\rm Fe_{5}GeTe_{2}$ at sub-micron spatial resolution as a function of temperature, magnetic field, and thickness. We employ spatially resolved measures, including magnetization variance and cross-correlation, and find a significant spread in transition temperature yet with no clear dependence on thickness down to 15 nm. We also identify previously unknown stripe features in the optical as well as magnetic images, which we attribute to modulations of the constituting elements during crystal synthesis and subsequent oxidation. Our results suggest that the magnetic anisotropy in this material does not play a crucial role in their magnetic properties, leading to a magnetic phase transition of $\rm Fe_{5}GeTe_{2}$ which is largely thickness-independent down to 15 nm. Our findings could be significant in designing future spintronic devices, magnetic memories and logic with 2D van der Waals magnetic materials.
• Abstract（参考訳）: 最近発見された2D van der Waals磁気材料、特に鉄-ゲルマニウム-テルリド(英語版) (\rm Fe_{5}GeTe_{2}$) は、基本的な視点と潜在的な用途の両方から大きな注目を集めている。 鍵となるオープンな質問は、磁区構造と磁区転移温度をサンプルの厚さと外界の関数として、また磁気記憶や論理などのデバイスへの統合に含めている。 ここでは, 窒素空孔中心をベースとした量子磁気顕微鏡を用いて, 温度, 磁場, 厚さの関数として, サブミクロン空間分解能で$\rm Fe_{5}GeTe_{2}$の磁化を直接撮像することができる。 磁化のばらつきや相互相関などの空間的に解決された測定値を用い, 遷移温度は15nm以下では明らかな依存性がなく, 顕著な拡散が認められた。 また, 光学的および磁気的画像において, 結晶合成およびその後の酸化過程における構成元素の変調に起因して, 従来知られていなかったストライプの特徴を同定した。 以上の結果から, この材料の磁気異方性は磁気特性において重要な役割を果たさないことが示唆された。 我々の発見は、2Dファンデルワールス磁性材料を用いた将来のスピントロニクスデバイス、磁気メモリ、論理設計において重要である可能性がある。

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