磁斯格明子的纳米尺度磁结构

深蓝色的畅想

记者从中科院合肥研究院了解到，该院强磁场中心与合作者合作，在理论和实验上首次发现多拓扑荷特性“磁束子”，揭示了磁性材料中拓扑磁结构的多样性。 研究成果日前发表在《自然·纳米技术》上。

2009年，科学家在手性磁性材料中发现了一种名为磁斯格明子的纳米尺度磁结构。后续人们在磁性材料中又发现了磁麦韧、磁泡斯格明子、磁浮子、磁霍普夫子等多种拓扑磁结构。这些磁结构具有与斯格明子类似的特性，具有强自旋-电子耦合特性，表现出作为新型数据载体构建新一代高性能自旋电子学器件的巨大潜力。对这些拓扑磁结构的深入研究逐渐形成了当前自旋电子学的一个重要研究分支—拓扑磁电子学。

尽管已有“磁斯格明子袋”和“多拓扑态磁涡旋”等多拓扑态磁结构理论提出，但从未在实验上进行证实。合作团队首先通过三维微磁学计算模拟提出了一种由中间层“磁斯格明子袋”与表面层“多拓扑态磁涡旋”结合的三维多拓扑态磁结构，并将这种磁结构被命名为“磁斯格明子束子”，简称“磁束子”。研究团队通过零磁场对斯格明子和螺旋磁畴混合态反转磁场的方法，成功在实验上实现了新型“磁束子”拓扑磁结构，在这一磁结构中首次观察到具有不同磁拓扑荷的“磁束子”，并在此基础上研究了纳秒脉冲电流驱动下“磁束子”的运动行为。结果表明，多拓扑荷 “磁束子”具有粒子行为，能够作为一个整体在电流驱动下运动，并且其运动轨迹与拓扑荷符号密切相关。

这一成果将拓扑磁电子学研究对象从单位拓扑荷扩展到多拓扑荷，为未来开发多态存储、逻辑及信息处理器件提供了新的数据载体研究对象，有望开辟拓扑磁电子学研究新领域。