【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強磁場科學(xué)中心在電操控新型磁結(jié)構(gòu)動力學(xué)研究中取得新進展，相關(guān)研究成果以Current-Controlled Topological Magnetic Transformations in a Nanostructured Kagome Magnet(《在Kagome磁納米結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)可逆電流調(diào)控拓撲磁轉(zhuǎn)變》)為題，發(fā)表在Advanced Materials上。
 

　　在一類中心對稱晶體Fe3Sn2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，因而它們在電流驅(qū)動下的動力學(xué)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(xué)器件設(shè)計。前期研究中，強磁場中心新型磁性功能材料與器件研究團隊提出了一種新型斯格明子-磁泡存儲器方案，并在納米條帶中實現(xiàn)單磁斯格明子-磁泡鏈(Y. Wu et al., Appl. Phys. Lett., 118: 122406, 2021)；通過調(diào)節(jié)面內(nèi)磁場，研究實現(xiàn)了納米盤中單斯格明子-磁泡之間的拓撲磁轉(zhuǎn)變(Y. Wu et al., Appl. Phys. Lett., 119: 012402, 2021)。兩類磁狀態(tài)間的拓撲磁轉(zhuǎn)變可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(xué)器件，還需要進一步開發(fā)電學(xué)方法操控拓撲磁轉(zhuǎn)變。
 

　　面對上述挑戰(zhàn)，科研團隊利用聚焦離子束技術(shù)制備出Fe3Sn2納米條帶電學(xué)微器件，運用先期自主開發(fā)的透射電鏡原位加電測量系統(tǒng)，探究了納秒脈沖電流驅(qū)動下的原位實時磁動力學(xué)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(xué)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)。
 

　　高度可重復(fù)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，將有望推動可靠、低能耗和高效率的拓撲自旋電子學(xué)器件的開發(fā)工作。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中科院儀器研制項目和中科院青年創(chuàng)新促進會等的支持。