單軸手性磁體中發現了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變

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記者11日從中科院合肥物質可續研究院了解到，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，在單軸手性磁體中發現了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變。相關研究成果日前發表在《先進材料》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，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，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。同時，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的作用，與微磁模擬的結果一致。

研究人員表示，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。

(中科院合肥研究院供圖)

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