报告题目：电荷自旋相关局域探测在氧化物材料与器件中的应用

报告时间：2023-12-01 14:00

报告地点：闵行校区物理楼226报告厅

报告人：田鹤 教授

主持人：成岩 教授

报告人简介：

理学博士，浙江大学长聘教授，求是特聘教授，博士生导师，国家杰青，中国电镜学会理事，电子显微学方法与仪器技术委员会副主任。针对强关联体系中自旋序、铁电序、及其与晶格之间的耦合规律问题，提出了高能电子相位、角动量信息获取的新思路，发展了电荷动态分布探测、轨道角动量涡旋电子等一系列原创理论、方法与技术，实现了微观电荷、自旋及其有序化的探测，得以深入认知耦合机理，揭示电荷、自旋相关热、电、光学性能与微结构的关联关系。主要成果在国际有影响的学术期刊上发表论文100余篇，包括Nature, Science, Nature Photonics, Nature Communications, Advanced Materials, PNAS等。国家杰出青年科学基金资助等，承担了973重点基础研究发展计划的专题项目、国家自然科学基金面上项目、浙江省自然科学基金重大项目等。轨道角动量电子涡旋等开创性工作被 “Nature News”, “Nature Nanotechnology: News & views”, “Science Daily”, 及“Time”, “National Geographic Channel”，等杂志和科学媒体多次专题报道。

报告摘要：

针对性地发展电子显微学方法，可以在纳米乃至原子尺度对各物理量间耦合关系开展研究，有效地探知耦合本质与性能的依存关系，高效低探索性能调控的途径。例如，利用同轴电子全息系列欠焦像，通过提取波函数三维空间相位，反推电荷信息；发展自校准算法实现电荷修正，实现了单电子电荷精度的探测，提供了一种具有环境、外场响应的电荷动态观测解决方案。通过探测涡旋电子轨道角动量的变化，提取角动量耦合信息，证明了涡旋电子束具有原子尺度磁性成像的潜力，开启了轨道角动量电子显微学这一新的研究领域。在电荷与自旋相关电子显微学成像方法研究的基础上，可以开展关联材料中物性与物态关联关系的探索。 铁电材料中富含多种形态的有序结构，其具有丰富的畴形态与可调制畴密度，畴界形态的可调控性。通过研究铁电极性结构的拓扑转变，畴界迁移行为的动力学控制与响应规律，将揭示铁电纳米器件中铁电畴的调制模式的可控，并实现功能化，推动基于铁电拓扑结构材料、畴界器件的设计制备，以奠定其在微电子领域的可行应用。例如，带电畴壁可以被认为是在铁电层内创建的新型人工界面，通过施加电压控制畴壁的形成与逐层翻转。由畴壁构建的铁电隧道结可以实现量子化的多阻态存储。研究中所展示的控制机制与实现方案具有普适性，已被证实可以在多种类型的多铁、铁电材料和金属电极的异质结构中实现。在此基础上，实现了铁电薄膜中带电畴壁的精确控制，成功构建了铁电隧道结与具有新型量化忆阻特性的原型器件。