轨道角动量驱动的铁磁性及其磁各向异性：外延氮化钕的电子结构研究

《ACS Nano》：Orbital Angular Momentum-Driven Ferromagnetism with Magnetic Anisotropy and Electronic Structure of Epitaxial Neodymium Nitride

钕氮薄膜通过超高真空沉积技术制备，实验证实其轨道角动量驱动铁磁有序及显著磁各向异性，磁矩接近理论计算值，同步辐射光电子能谱揭示4f轨道态特性。

　　

基于钕的永磁体是现代技术的基础，支撑着电子、可再生能源和先进医疗系统中的高性能应用。在新兴的钕化合物中，氮化钕（NdN）因其独特的电子结构而受到广泛关注：其强局域化的4f轨道和强的自旋-轨道耦合预计会带来卓越的磁性能。在这里，我们通过超高真空沉积技术合成的外延近化学计量比的NdN薄膜，提供了轨道角动量驱动铁磁有序性和显著磁各向异性的确凿实验证据。磁化强度和X射线磁圆二色性测量结果显示，4f轨道的磁矩为5.14 μB，每个化学计量单位在4 K时的总磁矩为2.43 μB，这一结果与第一性原理密度泛函理论计算值非常接近。补充的同步辐射光电子能谱分析以及理论计算表明，NdN中存在费米能级下方约6.4 eV处的占据4f态，这些态对NdN的轨道驱动铁磁性起到了关键作用。此外，NdN薄膜的高晶体质量还得到了结构表征和振动性质的支持。NdN固有的轨道角动量驱动磁性使其成为超越传统自旋电子学的下一代轨道电子学设备的有希望的候选材料。