單軸手性磁體中發(fā)現(xiàn)了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變

(資料圖片僅供參考)

記者11日從中科院合肥物質(zhì)可續(xù)研究院了解到，該院強磁場中心低功耗量子材料研究團隊，利用透射電鏡定量電子全息磁成像技術(shù)，在單軸手性磁體中發(fā)現(xiàn)了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《先進材料》上。

拓撲磁結(jié)構(gòu)是構(gòu)筑新型磁存儲器的基本單元。在手性磁體中，拓撲磁結(jié)構(gòu)的形成和自旋構(gòu)型取決于Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用的類型。例如在單軸手性磁體中，會形成周期可調(diào)的磁孤子;在立方非中心對稱的手性磁體中，會形成磁斯格明子或反斯格明子。具有不同自旋構(gòu)型的拓撲磁結(jié)構(gòu)之間可以發(fā)生轉(zhuǎn)換，例如斯格明子和麥韌，斯格明子和反斯格明子, 斯格明子和磁泡等。在單一材料中，利用兩種不同類型的拓撲磁結(jié)構(gòu)分別存儲二進制數(shù)據(jù)“0”和“1”，對于拓撲磁存儲器件的構(gòu)筑具有實際意義。然而，由于DM作用類型不同，手性磁孤子和斯格明子之間的拓撲轉(zhuǎn)換一直受到限制。

針對這一問題，研究團隊利用幾何邊界限域效應(yīng)，通過對磁孤子兩端磁結(jié)構(gòu)的調(diào)制，打破了DM作用的限制，在單軸手性磁體中實現(xiàn)了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變。利用透射電鏡電子全息磁成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)新形成的斯格明子是長度可調(diào)的，并且上下末端由兩個拓撲荷為1/2的麥韌組成，拓撲磁結(jié)構(gòu)的總拓撲荷為單位1。同時，實驗上也發(fā)現(xiàn)了這一拓撲相變的厚度依賴性，表明偶極-偶極相互作用在相變過程中發(fā)揮了重要的作用，與微磁模擬的結(jié)果一致。

研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)豐富了拓撲磁結(jié)構(gòu)家族，對于構(gòu)筑新型磁電子學(xué)器件具有重要意義。

(中科院合肥研究院供圖)

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