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中科院合肥物質(zhì)科學研究院首次實現(xiàn)了可逆電流調(diào)控拓撲磁轉(zhuǎn)變

2021-08-19 13:40:18 來源：科技日報

記者從中科院合肥物質(zhì)科學研究院獲悉，該院強磁場中心科研團隊在電操控新型磁結(jié)構(gòu)動力學研究中取得新進展，首次實現(xiàn)了可逆電流調(diào)控拓撲磁轉(zhuǎn)變。相關(guān)成果論文日前發(fā)表在《先進材料》上。

拓撲磁性是研究磁性材料中自旋的整體排列在空間具有某些不變性的學科。具有不同拓撲荷的磁結(jié)構(gòu)不可以通過磁矩連續(xù)轉(zhuǎn)換實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換，因此具有拓撲保護特性。在某種中心對稱晶體納米結(jié)構(gòu)中，存在兩類局域磁結(jié)構(gòu)：拓撲荷為1的斯格明子磁泡（簡稱斯格明子）和拓撲荷為0的平庸磁泡。由于磁斯格明子與磁泡的拓撲荷不同，因此它們在電流驅(qū)動下的動力學如斯格明子霍爾效應(yīng)和電探測下的拓撲霍爾效應(yīng)完全不同。如果它們同時作為器件的信息載體，有望豐富拓撲磁電子學器件的設(shè)計。

在前期研究中，研究團隊實現(xiàn)了納米盤中單斯格明子-磁泡之間的拓撲磁轉(zhuǎn)變。兩類磁狀態(tài)間的拓撲磁轉(zhuǎn)變可以用于器件的寫入和刪除等功能，但磁場方法不兼容于電子學器件，還需要進一步開發(fā)電學方法操控拓撲磁轉(zhuǎn)變。

為此，科研人員利用聚焦離子束技術(shù)制備了納米條帶電學微器件，利用先期自主開發(fā)的透射電鏡原位加電測量系統(tǒng)，研究了納秒脈沖電流驅(qū)動下的原位實時磁動力學行為。研究發(fā)現(xiàn)：在一定傾斜磁場條件下，磁斯格明子和磁泡均為穩(wěn)定磁相，通過切換納秒脈沖電流的幅度，磁斯格明子晶格和平庸的磁泡晶格之間可實現(xiàn)高度可逆的拓撲磁轉(zhuǎn)變。微磁學計算模擬表明，磁泡到斯格明子轉(zhuǎn)變和斯格明子到磁泡轉(zhuǎn)變，可以分別歸因于電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)。

這種高度可重復且可逆的斯格明子-磁泡和斯格明子-條紋疇的拓撲磁轉(zhuǎn)變，有望推動未來可靠、低能耗和高效率的拓撲自旋電子學器件的開發(fā)。（記者吳長鋒）

標簽：可逆電流磁性材料稱晶體納米結(jié)構(gòu) 拓撲磁轉(zhuǎn)變