磁存储单元是⽤于记录海量数据的磁介质中的最⼩单元，也是当今较为可靠的⾼密度⾮易失性数据存储⽅式之⼀。为了进⼀步提⾼磁存储容量，必须在保证磁性纳⽶畴稳定和可读取的同时，尽可能的降低基本单元的尺⼨。然⽽，磁性材料中的超顺磁效应限制了最⼩铁磁畴的⼤⼩。
⽬前，研究⼈员普遍采⽤直写电⼦束光刻技术将⾼耦合磁性颗粒组成的连续磁性薄膜图像化成离散的单纳⽶结构，并局部调控异质结构的磁性，进⼀步开发纳⽶尺度的数据存储器件。通过该技术已经实现了⾯密度⾼达65 Gbit/in²磁圆点阵列⽤于⾼容量磁盘。然⽽，尽管这种⽅法控制了磁各向异性，但是这种技术也逼近纳⽶尺度磁性表征、数据读取和器件制造的极限。同时，薄膜中邻近磁畴之间的串扰也是不可避免的。
因此，亟需找到⼀种先进的制造⼯艺和合适加⼯的材料在保持其磁性能的同时，进⼀步降低磁性单元的尺⼨，从⽽增强单元阵列的⾯密度和数据读取的可靠性。
近五年来，围绕钴氧化物薄膜中⾃旋态转变和离⼦迁移等问题，郭尔佳特聘研究员带领研究⽣开展了系统深⼊的研究，揭示了晶格与⾃旋之间的强耦合关系，证实了铁磁序与铁弹序共存和调控机制，为钴氧化物铁磁性起源供了确凿的依据。图1展示了异晶⾯同质结的结构示意图、⾼分辨扫描透射电镜图和不同区域的磁性随温度变化关系。
最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中⼼的博⼠⽣陈盛如在郭尔佳特聘研究员的指导下，利⽤⽔溶性牺牲层Sr₂Al₃O₆薄膜，结合超薄阳极氧化铝掩模版(AAO)的优势，构建了直径约30纳⽶的LaCoO₃纳⽶岛阵列。由于钴氧化物薄膜在纳⽶岛内外的晶格失配应⼒状况不同，呈现出截然不同的⾃旋态和宏观磁性。
利⽤磁⼒显微镜和氮空位中⼼磁⼒仪，研究团队证实了单个纳⽶岛表现为铁磁性，⽽岛外表现为⾮磁性特征，每个磁畴彼此间相互独⽴，可以使单个磁存储器元件分开，从⽽进⼀步减少信号的串扰。此外，本⽅法具有普适性，能够在硅基、玻璃和柔性衬底上进⾏⾼密度纳⽶岛的转移和制备，为以后使⽤各种薄膜外延技术制造纳⽶级磁性元件提供了切实可⾏的技术路径。
本项⼯作的相关内容以“Magnetic Nanoislands in a Morphotropic Cobaltite Matrix”为题发表在Advanced Functional Materials上。博⼠⽣陈盛如与中国地质⼤学(北京)的联合培养硕⼠⽣荣东珂为共同第⼀作者，郭尔佳特聘研究员和⾦奎娟研究员为共同通讯作者。
图2展示了⾼密度⾃⽀撑纳⽶岛阵列的制备步骤、AAO掩模版和纳⽶岛的扫描电镜图、单个纳⽶岛的截⾯⾼分辨透射电镜图。
此外，研究团队利⽤同样的⽅法，将材料体系进⼀步拓展到室温铁磁性薄膜。利⽤⾃⽀撑薄层独⽴于衬底的晶相和应⼒的特性，构建了原⼦尺度平整界⾯的锰氧化物同质结。通过应⼒分析，该同质结具有明显的结构调制和清晰的晶界，为后续铁性氧化物构中构建纳⽶级单元奠定了材料基础。
本项⼯作的相关内容以“Lateral strain tailoring in manganite homostructures assisted by atomic-flat freestanding membranes”为题发表在Nano Research上。北京化⼯⼤学联合培养的本科⽣王宇⻜为第⼀作者，北京科技⼤学博⼠后朱⽟⾠和中科院物理所的郭尔佳特聘研究员为共同通讯作者。
以上⼯作还得到了中国科学院物理研究所刘刚钦特聘研究员、张庆华副研究员、清华⼤学⾕林教授、国家纳⽶中⼼郑强研究员、中国科学院⾼能物理研究所王嘉欧研究员和北京师范⼤学张⾦星教授在NV⾊⼼磁⼒计、扫描透射电镜、扫描电镜、X射线吸收谱和磁⼒显微镜实验⽅⾯的⼤⼒⽀持。
这两项⼯作得到了国家重点基础研究计划项⽬、国家⾃然科学基⾦委⾯上和重点项⽬、粤港澳中⼦散射重点项⽬、中国科学院B类先导和依托⼤科学装置开展建制化科研项⽬的⽀持。相关⼯作链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202302936 https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-023-5618-x