研究證實三維磁斯格明子之間存在外磁場可調的吸引-排斥相互作用

最新 07-12

近日，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心杜海峰、田明亮研究團隊和復旦大學及德國尤利西研究中心合作，利用洛倫茲透射電子顯微鏡技術直接觀測到螺旋磁納米條帶邊緣附近一對斯格明子在磁場下的運動規律，證實了三維磁斯格明子之間存在外磁場可調的吸引-排斥相互作用，這對研製新一代信息存儲器具有重要意義。該成果以Interaction of Individual Skyrmions in a Nanostructured Cubic Chiral Magnet為題發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）上。

磁斯格明子(skyrmion)是具有軸對稱的拓撲穩定的新型自旋構型，因在未來低能耗高密度存儲自旋器件的應用中具有潛力而成為國際磁學領域研究的前沿與熱點。磁斯格明子存儲器是以操控斯格明子鏈為基礎的，因此了解在受限納米條帶中磁斯格明子之間的相互作用是實現可控操控的必要條件。

在純二維條件下，理論計算及實驗均表明磁斯格明子之間只存在排斥的相互作用。在一定厚度的薄膜材料或納米結構材料中，理論計算表明磁斯格明子在沿薄膜厚度方向會形成調製的磁結構，這些三維磁斯格明子之間可能也存在吸引的相互作用，但是一直缺乏實驗證據。

團隊人員製備了寬度精確可控的納米條帶，並利用洛侖茲投射電鏡技術研究了 FeGe 納米條帶中磁斯格明子在磁場調控下的運動規律，首次實驗上證實了理論預言的三維磁斯格明子之間存在吸引相互作用以及外磁場可調的吸引-排斥相互作用。該工作對相關的器件設計具有重要的意義。

該工作受到國家重點研發計劃、基金委優秀青年科學基金項目、中科院前沿科學重點研究計劃、中科院重點部署項目、中科院青年促進會等的資助。