5月12日，清华大学材料学院朱静院士课题组在《自然通讯》（Nature Communications）在线发表了题为 “基于透射电子的面内EMCD技术实现材料本征EMCD磁信号测量”（“An in-plane magnetic chiral dichroism approach for measurement of intrinsic magnetic signals using transmitted electrons”）的研究成果，将EMCD技术磁性测量从平行于电子束方向拓宽到了垂直于电子束方向，打破了传统EMCD技术单一方向磁性测量的局限性，实现了试样的面内EMCD信号测量，得到了材料本征磁状态下的磁信号。 

在透射电子显微镜中，实现纳米尺度上定量磁参数的测量一直是一个具有挑战性的难题。2006年，电子磁手性二向色性技术（EMCD，Electron Magnetic Chiral Dichroism）的发明，实现了利用透射电子进行材料磁性的测量，成为了透射电镜中一种新的磁性表征手段。然而，传统的EMCD技术只能够测量单一方向（沿着电子束方向，即试样的面外方向）的磁信号，并且得到的也是材料饱和磁化状态下的磁参数，不能实现材料本征磁性质的测量，具有一定的局限性。

图 1 传统EMCD技术与面内EMCD技术的对比

（a）传统EMCD技术只能够测量平行于电子束方向的磁信号，并且样品通常处于饱和磁化状态（b）面内EMCD技术工作在Lorentz模式下，样品处于本征磁化状态

该工作从EMCD信号产生的基本原理出发，指出EMCD技术测量磁信号的方向是由电子的动量转移决定的，选择不同方向的动量转移就能够实现不同方向的EMCD信号测量。通过计算模拟，首先从理论上证明了实验测试获得试样面内方向EMCD信号的可能性。并且结合模拟结果，设计出了新的衍射几何来分离不同方向的EMCD信号。在实验中以典型的金属单质 Co为例，在透射电镜的Lorentz模式下，使样品处于本征磁状态，首次从实验上验证了面内EMCD技术的可行性，并且实现了本征状态下EMCD信号的探测。该研究成果有力地推进了EMCD技术的发展，被国内外相关领域专家评价为“做出了世界一流的研究成果”和“Your research group is a powerful group in the world”。

图 2 面内EMCD技术的实验结果

（a-c）Lorentz模式，不同离焦量下Co纳米片中磁畴壁衬度的变化，（c）中domain1和domain2是用于面内EMCD技术测量的两个磁化方向相反的磁畴，磁化方向由黑色箭头标出；（d）利用Lorentz技术得到的（a）中红色方框区域内的磁化矢量分布；（e）理论模拟得到的面内EMCD信号在衍射平面上的分布；（f-g）Lorentz模式下在特定衍射几何下测量得到的domain1和domain2的面内EMCD信号；

该论文是第一作者为材料学院博士生宋东升，通讯作者为朱静院士。参与该工作的还有德国于利希研究中心的Rafal Dunin-Borkowski教授，李子安博士，Amir Tavabi博士和Andras Kovacs博士，瑞典乌普萨拉大学Jan Rusz博士，试样由德国马普所的Gunther Richter教授和黄文婷博士提供。

该研究工作得到了国家自然科学基金和973项目的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/ncomms15348