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大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能化的信息時(shí)代迫切需要高密度、高速度、低功耗的磁性信息處理方案。以磁性斯格明子為代表的磁矩空間排列具有拓?fù)錁?gòu)型的新型磁疇結(jié)構(gòu)，亦即拓?fù)浯女牻Y(jié)構(gòu)，有望作為新型磁性信息單元，大幅度提高存儲(chǔ)密度的同時(shí)兼具數(shù)據(jù)信息使役穩(wěn)定性和讀寫技術(shù)方法多樣性的優(yōu)勢(shì)，是當(dāng)前自旋電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和關(guān)鍵科技應(yīng)用前沿。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Albert Fert教授提出的新型拓?fù)浯刨惖来鎯?chǔ)和美國(guó)科學(xué)院院士Parkin教授發(fā)展的賽道存儲(chǔ)技術(shù)，原理上都是利用電流驅(qū)動(dòng)磁疇結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸尋址功能。然而，鐵磁材料中非平庸的磁斯格明子被電流驅(qū)動(dòng)過程中會(huì)受到內(nèi)稟斯格明子霍爾效應(yīng)的馬格努斯力而側(cè)向偏轉(zhuǎn)甚至湮滅，平庸的磁泡會(huì)在電流作用下湮滅，因此基于拓?fù)浯女犨\(yùn)動(dòng)開發(fā)新型磁性器件研究還需要解決許多關(guān)鍵科學(xué)問題。

電子輔助實(shí)現(xiàn)斯格明子磁泡的生成和直線運(yùn)動(dòng)

圖1 TbMn₆Sn₆單晶Kagome平面內(nèi)由電子束輔助誘導(dǎo)自旋重取向附近動(dòng)態(tài)磁矩變化形成斯格明子磁泡點(diǎn)陣

中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈保根院士和張穎研究員共同指導(dǎo)博士生李卓霖，利用集高分辨磁疇成像、原位多場(chǎng)調(diào)控、物性測(cè)量、微納加工等功能的磁性材料綜合特色研究平臺(tái)，在前期籠目（Kagome）量子阻挫磁體TbMn₆Sn₆的ac面發(fā)現(xiàn)拓?fù)渌垢衩髯樱?/span>Adv. Mater.?35 (2023) 202211164），在此基礎(chǔ)上，聚焦具有磁阻挫Kagome格子ab面的磁疇結(jié)構(gòu)研究。他們發(fā)現(xiàn)充分利用室溫附近磁自旋重取向（磁矩方向轉(zhuǎn)變）這一本征動(dòng)態(tài)能量競(jìng)爭(zhēng)過程，借助較小的電子能量（電子束和電流）改變自旋重取向界面局部磁矩方向可以推進(jìn)自旋重取向沿一定方向逐漸轉(zhuǎn)變，尤其同時(shí)引入結(jié)構(gòu)邊緣的限域擠壓作用，就可以實(shí)現(xiàn)室溫、零磁場(chǎng)下斯格明子磁泡的可控生成以及電流、溫度外場(chǎng)下隨自旋重取向界面的整體直線運(yùn)動(dòng)，有效解決了斯格明子霍爾效應(yīng)引起偏轉(zhuǎn)的關(guān)鍵問題，為磁性信息寫入和直線傳輸提供了新的研究思路和實(shí)現(xiàn)方法，微磁學(xué)模擬進(jìn)一步揭示了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的作用機(jī)制，推進(jìn)了原理型器件的研究。

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圖2?幾何受限邊界作用下電子束輔助誘導(dǎo)自旋重取向界面擠壓產(chǎn)生的單個(gè)或斯格明子磁泡陣列可以在零場(chǎng)存在

相關(guān)結(jié)果以“Electron‐Assisted Generation and Straight Movement of Skyrmion Bubble in Kagome TbMn₆Sn₆”為題發(fā)表在近期的《Advanced Materials》上。該研究在中國(guó)人民大學(xué)雷和暢教授、美國(guó)阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室林士增研究員、安徽大學(xué)王守國(guó)教授，北京理工大學(xué)沈俊教授和物理所趙同云研究員、蔡建旺研究員的大力支持下共同完成。此項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

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圖3 通過溫度誘發(fā)自旋重取向界面移動(dòng)實(shí)現(xiàn)斯格明子磁泡的整體直線運(yùn)動(dòng)

電子輔助實(shí)現(xiàn)斯格明子磁泡的生成和直線運(yùn)動(dòng)

圖4 室溫零磁場(chǎng)下脈沖電流誘發(fā)自旋重取向轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)單個(gè)磁泡直線運(yùn)動(dòng)

編輯：雪影

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