【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，上海科技大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(shù)觀測到了磁斯格明子晶格動力學(xué)的“隱藏”轉(zhuǎn)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(xué)和對其有效的調(diào)控手段提供了新思路，研究成果發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊Nano Letters。
 

　　磁斯格明子是一種渦旋磁結(jié)構(gòu)，具有拓撲穩(wěn)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(yōu)秀載體。對磁斯格明子在外界激勵下的動力學(xué)研究是實現(xiàn)斯格明子器件的關(guān)鍵，也是拓撲磁學(xué)的主攻方向之一。目前的斯格明子動力學(xué)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(fù)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(tài)的磁斯格明子應(yīng)被視為一個與孤立態(tài)的磁斯格明子截然不同的物態(tài)，類似于固相與液相的區(qū)別。代表著連續(xù)旋轉(zhuǎn)對稱性破缺的斯格明子晶格的形成意味著體系將表現(xiàn)出明顯的剛性，進而體系一定存在本征的角動量和轉(zhuǎn)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(chǎn)生了連續(xù)的旋轉(zhuǎn)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(xiàn)出旋進的特性，且旋轉(zhuǎn)的方向可以通過調(diào)整磁場的方向來控制。其手性晶格矩的產(chǎn)生機制由圖1所示，導(dǎo)致晶格同時發(fā)生轉(zhuǎn)動和平移兩種動力學(xué)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(xù)旋進運動模式，為以磁斯格明子為代表的拓撲磁動力學(xué)研究提出了新的見解。上?？萍即髮W(xué)為該項研究的第一完成單位，物質(zhì)學(xué)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(xué)和中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院為該工作的共同合作單位。該工作得到了上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院拓撲物理實驗室、光子科學(xué)與凝聚態(tài)研究部以及上海科技大學(xué)大科學(xué)中心的大力支持。