作者:吴长锋 来源:科技日报 发布时间:2021/8/18 13:25:19
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我国科学家首次实现可逆电流调控拓扑磁转变

 

科技日报合肥8月18日电(记者 吴长锋)记者从中科院合肥物质科学研究院获悉,该院强磁场中心科研团队在电操控新型磁结构动力学研究中取得新进展,首次实现了可逆电流调控拓扑磁转变。相关成果论文日前发表在《先进材料》上。

拓扑磁性是研究磁性材料中自旋的整体排列在空间具有某些不变性的学科。具有不同拓扑荷的磁结构不可以通过磁矩连续转换实现相互转换,因此具有拓扑保护特性。在某种中心对称晶体纳米结构中,存在两类局域磁结构:拓扑荷为1的斯格明子磁泡(简称斯格明子)和拓扑荷为0的平庸磁泡。由于磁斯格明子与磁泡的拓扑荷不同,因此它们在电流驱动下的动力学如斯格明子霍尔效应和电探测下的拓扑霍尔效应完全不同。如果它们同时作为器件的信息载体,有望丰富拓扑磁电子学器件的设计。

在前期研究中,研究团队实现了纳米盘中单斯格明子-磁泡之间的拓扑磁转变。两类磁状态间的拓扑磁转变可以用于器件的写入和删除等功能,但磁场方法不兼容于电子学器件,还需要进一步开发电学方法操控拓扑磁转变。

为此,科研人员利用聚焦离子束技术制备了纳米条带电学微器件,利用先期自主开发的透射电镜原位加电测量系统,研究了纳秒脉冲电流驱动下的原位实时磁动力学行为。研究发现:在一定倾斜磁场条件下,磁斯格明子和磁泡均为稳定磁相,通过切换纳秒脉冲电流的幅度,磁斯格明子晶格和平庸的磁泡晶格之间可实现高度可逆的拓扑磁转变。微磁学计算模拟表明,磁泡到斯格明子转变和斯格明子到磁泡转变,可以分别归因于电流的自旋转移力矩效应和焦耳热效应。

这种高度可重复且可逆的斯格明子-磁泡和斯格明子-条纹畴的拓扑磁转变,有望推动未来可靠、低能耗和高效率的拓扑自旋电子学器件的开发。

 
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