Tbx Co100-x 非晶薄膜中四类磁补偿点的发现及其在自旋电子学中的关键意义

本研究针对稀土-过渡金属（RE-TM）合金薄膜中磁补偿机制的复杂性，通过磁康普顿散射（Magnetic Compton Scattering, MCP）和SQUID（超导量子干涉仪）技术，首次在Tbx Co100-x 非晶薄膜中揭示了四类补偿点（磁补偿、自旋补偿、轨道补偿及角动量补偿）的共存现象。研究不仅阐明了这些补偿点对净磁化强度（Mtotal ）与角动量（J）的调控作用，还为设计具有垂直磁各向异性（PMA）和高速磁响应的自旋电子器件提供了理论依据。

　　

在自旋电子学领域，稀土-过渡金属（RE-TM）合金薄膜因其独特的磁性能成为研究热点。这类材料中，重稀土（如Tb）与过渡金属（如Co）的磁矩呈锥形分布且反铁磁耦合，常出现磁矩相互抵消的“磁补偿”现象。传统研究聚焦于净磁化强度（M_total
）为零的单一补偿点，但近期发现，自旋（spin）和轨道（orbital）磁矩可能独立补偿，且角动量（J）补偿会显著加速磁畴壁运动，这对开发新型存储器件至关重要。然而，多补偿点的共存机制及其对材料性能的协同影响尚不明确。

为解决这一问题，日本SPring-8同步辐射中心的研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表论文，通过磁康普顿散射（MCP）和SQUID测量，系统分析了Tb_x
Co_100-x
非晶薄膜的温度与成分依赖性。研究发现，除传统磁补偿点（X_con
）外，还存在自旋补偿点（X_spin
，M_spin
=0）、轨道补偿点（X_orbital
，M_orbital
=0）及角动量补偿点（X_J
，J=0），首次揭示了四类补偿点的相互作用规律。

研究采用三项关键技术：1）磁康普顿散射（MCP）解析自旋磁化强度（M_spin
），通过测量平行（I⁺
）与反平行（I^-
）圆偏振X射线的散射强度比（ME∝M_spin
）；2）SQUID获取总磁化强度（M_total
），结合MCP数据推算轨道磁化强度（M_orbital
=M_total
-M_spin
）；3）X射线衍射验证非晶结构，确保样品无晶格干扰。

实验结果

1. 磁滞回线与温度依赖性：Tb_22.6
   Co_77.4
   的M_total
   在2.5 T磁场下随温度降低而增强，矫顽力同步上升，表明低温下磁稳定性提高。
2. 自旋与轨道磁矩分离：MCP拟合显示，Tb 4f
   与Co 3d
   电子贡献可线性叠加，成功分离两者自旋磁矩。
3. 四补偿点定位：通过成分调控发现，X_spin
   与X_orbital
   分别对应M_spin
   和M_orbital
   的零点，而X_J
   处角动量完全抵消，但M_total
   ≠0。

结论与意义
该研究首次在单一RE-TM体系中观测到四类补偿点，阐明其协同作用机制：自旋补偿点（X_spin
）利于实现高自旋极化率，角动量补偿点（X_J
）可优化畴壁运动速度，而轨道补偿点（X_orbital
）与垂直磁各向异性（PMA）密切相关。这一发现为设计多功能的自旋电子器件（如赛道存储器、拓扑磁振子器件）提供了关键参数，推动了对复杂磁补偿体系的深入理解。