新奇磁性准粒子斯格明子束加入拓扑动物园

在最近发表在《 自然纳米技术》杂志上的一项研究中，由合肥物质科学研究院(HFIPS)高磁场实验室杜海峰教授和唐进博士领导的研究小组在发现斯格明子束后报告了一项科学突破，这是一种新的拓扑磁结构的家族成员。

在洛伦兹透射电子显微镜(Lorentz-TEM)的帮助下，课题组首次阐明了一类具有任意拓扑电荷Q的磁性准粒子，进而实现了斯格明子束的电流驱动动态运动。

Skyrmion 是一种涡旋状局部手性拓扑磁结构，有可能成为未来高性能自旋电子器件中应用的信息载体。拓扑电荷是磁畴的基本参数，决定了它们的拓扑相关特性。在包括斯格明子、梅子、涡旋和斯格明子气泡在内的拓扑结构中，拓扑荷都是一或小于一。尽管理论提出了“斯格明子袋”和“高阶斯格明子”作为多 Q 拓扑磁结构，但他们的实验观察仍然难以捉摸。

课题组采用3D微磁模拟方法，提出了一种新的3D多Q拓扑结构skyrmion bundle。Skyrmion 袋持续存在于这些磁性物体的内部，并在表面周围转变为多 Q 高阶 Skyrmion。然后，通过从初始斯格明子-螺旋混合相反转场符号，通过洛伦兹-TEM 对斯格明子束进行实验验证。它们的电流驱动的动态运动也通过原位 TEM 磁成像进一步探索。他们发现了由纳秒脉冲电流驱动的斯格明子束的霍尔侧向位移的集体运动和拓扑符号依赖性。

本研究中对斯格明子束的观察将拓扑磁性成员的电荷从一个扩展到任意整数值，并摆脱了拓扑磁性动物园的多样性。Skyrmion 束可以作为信息载体应用于不同的自旋电子器件，如多态存储器和信息互连，应该为拓扑自旋电子学开辟一个新领域。

标签：