科技日报记者 吴长锋
记者11日从中科院合肥物质可续研究院了解到,该院强磁场中心低功耗量子材料研究团队,利用透射电镜定量电子全息磁成像技术,在单轴手性磁体中发现了磁孤子向磁斯格明子的拓扑相变。相关研究成果日前发表在《先进材料》上。
拓扑磁结构是构筑新型磁存储器的基本单元。在手性磁体中,拓扑磁结构的形成和自旋构型取决于Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用的类型。例如在单轴手性磁体中,会形成周期可调的磁孤子;在立方非中心对称的手性磁体中,会形成磁斯格明子或反斯格明子。具有不同自旋构型的拓扑磁结构之间可以发生转换,例如斯格明子和麦韧,斯格明子和反斯格明子, 斯格明子和磁泡等。在单一材料中,利用两种不同类型的拓扑磁结构分别存储二进制数据“0”和“1”,对于拓扑磁存储器件的构筑具有实际意义。然而,由于DM作用类型不同,手性磁孤子和斯格明子之间的拓扑转换一直受到限制。
针对这一问题,研究团队利用几何边界限域效应,通过对磁孤子两端磁结构的调制,打破了DM作用的限制,在单轴手性磁体中实现了磁孤子向磁斯格明子的拓扑相变。利用透射电镜电子全息磁成像技术,发现新形成的斯格明子是长度可调的,并且上下末端由两个拓扑荷为1/2的麦韧组成,拓扑磁结构的总拓扑荷为单位1。同时,实验上也发现了这一拓扑相变的厚度依赖性,表明偶极-偶极相互作用在相变过程中发挥了重要的作用,与微磁模拟的结果一致。
研究人员表示,这一发现丰富了拓扑磁结构家族,对于构筑新型磁电子学器件具有重要意义。
(中科院合肥研究院供图)