【儀表網 研發快訊】近日，上海科技大學物質科學與技術學院拓撲物理實驗室張石磊課題組利用時間分辨X光磁散射技術觀測到了磁斯格明子晶格動力學的“隱藏”轉動模式，提出了手性晶格矩的理論模型，為磁斯格明子的微觀動力學和對其有效的調控手段提供了新思路，研究成果發表于學術期刊Nano Letters。
磁斯格明子是一種渦旋磁結構，具有拓撲穩定性。由于其尺寸小、能耗低等特點，被認為是下一代磁存儲器的優秀載體。對磁斯格明子在外界激勵下的動力學研究是實現斯格明子器件的關鍵，也是拓撲磁學的主攻方向之一。目前的斯格明子動力學主要基于“單粒子模型”，即單個的、孤立的斯格明子如何在等效外力下集體運動。但在特定材料中，斯格明子之間復雜的吸引和排斥勢能使其以晶格的形式存在。從對稱性角度來看，凝聚態的磁斯格明子應被視為一個與孤立態的磁斯格明子截然不同的物態，類似于固相與液相的區別。代表著連續旋轉對稱性破缺的斯格明子晶格的形成意味著體系將表現出明顯的剛性，進而體系一定存在本征的角動量和轉動模式。
圖1 磁斯格明子晶格運動示意圖
本工作聚焦于絕緣性手性磁體Cu2OSeO3中有限尺寸的磁斯格明子晶格板塊。當施加一個線性溫度梯度時，這些磁斯格明子板塊不僅被推動，還通過一種手性晶格力矩的機制產生了連續的旋轉運動。這種手性晶格力矩的引入，使得磁斯格明子晶格在微小溫度梯度下呈現出旋進的特性，且旋轉的方向可以通過調整磁場的方向來控制。其手性晶格矩的產生機制由圖1所示，導致晶格同時發生轉動和平移兩種動力學模式。
本工作首次揭示了在極小的線性溫度梯度下的磁斯格明子連續旋進運動模式，為以磁斯格明子為代表的拓撲磁動力學研究提出了新的見解。上海科技大學為該項研究的第一完成單位，物質學院博士后金浩楠、2023級碩士研究生陳敬貽為文章共同第一作者，張石磊教授為文章的通訊作者。英國鉆石光源、牛津大學和中科院合肥物質科學研究院為該工作的共同合作單位。該工作得到了上海科技大學物質學院拓撲物理實驗室、光子科學與凝聚態研究部以及上海科技大學大科學中心的大力支持。
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