《Advanced Materials》：Quantification of Magnetic Interactions in van der Waals Heterostructures Using Lorentz Transmission Electron Microscopy and Off-Axis Electron Holography
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磁性范德华（vdW）材料因可调磁性与器件兼容性，在存储与逻辑应用中备受关注。然而，传统平面观测中堆叠层间的磁纹理耦合难以分辨，因为磁信号沿样品厚度被积分。研究人员在Fe3GeTe2（FGT）/石墨/FGT异质结构中，采用截面洛伦兹透射电子显微术（LTEM）与离
磁性范德华（vdW）材料因可调磁性与器件兼容性，在存储与逻辑应用中备受关注。然而，传统平面观测中堆叠层间的磁纹理耦合难以分辨，因为磁信号沿样品厚度被积分。研究人员在Fe3GeTe2（FGT）/石墨/FGT异质结构中，采用截面洛伦兹透射电子显微术（LTEM）与离轴电子全息术（OAEH），重构层内及层间局域投影磁感应强度。结果显示：畴对齐随FGT间距增大而减弱，杂散场耦合特征长度尺度λ=37±7 nm；该间距对应层间磁感应相对块体FGT降低约23%，且近表面约100 nm内磁感应因退磁与杂散场而衰减。上述结果量化了vdW磁体堆叠中的磁感应分布，为可控磁纹理耦合器件设计提供依据。
研究背景与动机：磁性范德华（vdW，van der Waals）材料可在无晶格匹配约束下堆叠，是下一代自旋电子存储与逻辑器件的候选体系。以Fe3GeTe2（FGT）为代表的金属性vdW铁磁体具强垂直磁各向异性与较高居里温度，但异质结构中层间磁相互作用在传统平面（plan-view）磁成像下被厚度积分平均，无法判断信号来自哪一层，也难以定量层间杂散场耦合强度与近表面磁感应分布。因此，研究人员通过制备截面（cross-sectional）薄片，直接可视化垂直堆叠FGT层间的磁畴与磁场。
主要技术方法：研究人员机械剥离块体FGT与石墨，在惰性气氛下干法转移组装FGT/石墨/FGT异质结构；用聚焦离子束（FIB）制备截面透射电子显微术（TEM）薄片（lamella），低电压终抛减损。利用洛伦兹透射电子显微术（LTEM，Lorentz transmission electron microscopy）在零场冷（ZFC）下观察磁畴壁；用离轴电子全息术（OAEH，off-axis electron holography）在300 kV无磁场透镜条件下记录相位，扣除室温顺磁态静电相位，提取投影面内磁感应强度B∥；结合电子能量损失谱（EELS）定标厚度、基于模型迭代重构磁化分布，并以微磁模拟（micromagnetic simulation）复现平衡磁构型。
研究结果：
2.1 FGT–石墨–FGT异质结构的磁畴结构
研究人员在HS1中设110 nm石墨隔层区、真空楔状间隙区与直接接触区。LTEM显示：小间距时上下FGT磁畴对齐；间距增大后出现首处畴错位，统计得杂散场耦合长度尺度λ=37±7 nm。其他异质结（HS2–HS4）中，更薄隔层下畴完全对齐，说明耦合可随层间距、FGT厚度与几何被调谐。
2.2 内部与杂散磁场可视化
OAEH磁等高线与B∥图显示：FGT内部磁感应约220–280 mT；真空隔层中场强随层间距减小而增大。在λ尺度处，隔层磁场相对块体内插值降低约23%；最大间距处降低达52%。证明层间耦合衰减可直接映射为局部磁感应定量下降。
2.3 表面效应
OAEH显示FGT与石墨、真空、SiO2界面近表面约100 nm内B∥呈穹顶状衰减。模型迭代重构表明磁化强度M本身在近表面基本不变，微磁模拟进一步证实该衰减来自退磁场（demagnetizing field）与杂散场（stray field），而非磁化死亡层。
2.4 FGT中的磁畴壁
平面LTEM倾转出现畴壁衬度，截面OAEH测得畴壁宽约8.9±1.5 nm。模拟显示在无本征DMI（Dzyaloshinskii–Moriya interaction）下Bloch型与Néel型壁信号在当前噪声水平不可区分，故未断言唯一拓扑类型。
讨论与结论翻译：研究人员量化了FGT/石墨/FGT异质结中随层间距变化的层间磁相互作用，提取截面几何下杂散场耦合长度λ≈37 nm，并关联约23%的隔层磁场衰减；近表面至多100 nm磁感应降低源于退磁与杂散场。结论指出：层间有效耦合强度可由间距与薄片几何从强耦联调至弱耦联；截面LTEM+OAEH策略可推广至更多vdW磁异质结（含强自旋轨道耦合邻近、超导/铁磁界面）的定量磁场重构，为器件级磁纹理控制提供方法与设计准则。
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