【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場中心研究團隊等利用透射電鏡定量電子全息磁成像技術，在單軸手性磁體Cr1/3NbS2中發現了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變。相關研究成果發表在Advanced Materials上。
拓撲磁結構是構筑新型磁存儲器的基本單元。在手性磁體中，拓撲磁結構的形成和自旋構型取決于Dzyaloshinskii-Moriya(DM)相互作用的類型。例如在單軸手性磁體中(如Cr1/3NbS2)，會形成周期可調的磁孤子；在立方非中心對稱的手性磁體中(如FeGe、Mn1.4PtSn)，會形成磁斯格明子或反斯格明子。具有不同自旋構型的拓撲磁結構之間可以發生轉換，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構分別存儲二進制數據“0”和“1”，對于拓撲磁存儲器件的構筑具有實際意義。然而，由于DM(Dzyaloshinskii–Moriya)作用類型不同，手性磁孤子和斯格明子之間的拓撲轉換一直受到限制。
針對這一問題，研究團隊利用幾何邊界限域效應，通過對磁孤子兩端磁結構的調制，打破了DM作用的限制，在單軸手性磁體Cr1/3NbS2中實現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，發現新形成的斯格明子是長度可調的，并且上下末端由兩個拓撲荷為1/2的麥韌組成，拓撲磁結構的總拓撲荷為單位1。研究人員在實驗上也發現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揮了重要作用，與微磁模擬的結果一致。這一發現豐富了拓撲磁結構家族，對于構筑新型磁電子學器件具有重要意義。
上述研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項等項目的支持。
DM作用類型與對應的拓撲磁結構(左)；電子全息技術揭示單軸手性磁體Cr1/3NbS2中發現的磁斯格明子(右)
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