前沿科技中科院科学家在磁斯格明子自旋手性调控研究中取得进展_数字货币

[2021-02-02 23:27:17] 来源：编辑：wangjia 点击量：

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导读： 磁斯格明子（MagneticSkyrmion）是一种具有手性自旋的纳米磁畴组织单位。由于它拥有拓扑容隐稳固性、低驱动电流密度（比驱动传统磁畴壁低5~6个数目级）以及对磁场、温度磁斯格明子（Magn

磁斯格明子（MagneticSkyrmion）是一种具有手性自旋的纳米磁畴组织单位。由于它拥有拓扑容隐稳固性、低驱动电流密度（比驱动传统磁畴壁低5~6个数目级）以及对磁场、温度

磁斯格明子（Magnetic Skyrmion）是一种具有手性自旋的纳米磁畴组织单位。由于它拥有拓扑容隐稳固性、低驱动电流密度（比驱动传统磁畴壁低5~6个数目级）以及对磁场、温度和电场等多物理功效智慧回响等性格，被觉得是畴昔高密度、高速度、低劣耗保管器件的理想讯歇载体。

磁斯格明子生存器件的安排重要基于赛叙保全的概想，即使用自旋极化电流驱动磁斯格明子的爆发、消灭、贯串行径，进而对磁斯格明子荷载的动静举行读取。迩来外面商量评释，自旋极化电流除了或许对磁斯格明子举办上述垄断外，还也许确凿调控其拓扑自旋结构，例如利用电流驱动磁斯格明子空间自旋手性（helicity）的回转。此种调控将多态保留的概思引入到守旧二元留存范畴，从而极大地充实磁斯格明子存在器件的策画想绪和构筑式子，这对磁斯格明子的利用拓展和出处物性磋议都拥有苛沉的科学旨趣，是该联系周围合心的科知识题之一。

华夏科学院科学家团队——物理接头所/北京凝结态物理邦度讨论主旨磁学国度中心测验室M05商讨组频年来萦绕新型磁斯格明子材料计划、性能调控和器件物理展开了一系列系统的斟酌，先后取得了MnNiGa和Fe 3 Sn 2 两类拥有自主知识产权的宽温区磁斯格明子新原料体例[ Adv. Mater. 28, 6887(2016); Adv. Mater. 29, 1701144 (2017)]，并在这两类新编制的物性调控和器件物理接洽方面获得一系列希望。例如，在高原料Fe 3 Sn 2 单晶关金中得到创记载宽温度区间平稳的磁斯格明子单列组织[ Nano Lett. 18, 1274 (2018)]，并计划研发出调控磁斯格明子拓扑态的空间几多受限新工艺[ ASC Nano 13, 922 (2019)]；与普林斯顿大学等联系课题齐集作，正在Fe 3 Sn 2 单晶闭金中参观到电子构造向列相及各向异性拓扑态[ Nature 561, 91 (2018)]，并旅行到磁斯格明子诱发的拓扑霍尔效应[ Appl. Phys. Lett. 114，192408 (2019)]；近期又正在MnNiGa闭金中达成了应用程度磁场对磁斯格明子自旋手性的调控[ Phys. Rev. Applied 12，054060 (2019)]。这些前期磋商补偿，发端验证了两类新材料用于造作高密度磁保存器件的可行性，也为电流调控磁斯格明子拓扑自旋布局的商酌奠定了质料与物理起源。

近来，该课题组博士后侯志鹏（当今就职华南师范大学）、博士生李航和博士生丁贝和咨询员王文洪等，正在磁斯格明子自旋手性的调控及其机理讨论方面取得后进展。大家正在前期Fe 3 Sn 2 讨论处事起源上，原委空间若干受限的方法，取得了具有高温区平定性的磁斯格明子单列布局。同时，联络聚焦离子束和微纳加工等手段，告捷制备出单列磁斯格明子微纳器件，并杀青了磁性斯格明子正在宽达530K（100-630K）的温区内等间距法例列举（图1）。随后，全班人们行使高诀别洛伦兹透射电镜并勾结电流脉冲技能，实时侦察到电流驱动磁斯格明子自旋手性的反转境界。如图2所示，正在外加脉冲电流的能量密度抵达10 9 ~10 10 A/m 2 这个门槛值（比驱动古代磁畴壁低2~3个数量级），磁斯格明子自旋陈设的手性正在左旋（counterclockwise）和右旋（clockwise）之间交替更换。进一步，全部人协作微磁理论模仿取得了自旋手性反转源委的一个所有物理图像。如图3所示，当能量较小的极化电流进程单列磁斯格明子微纳器件，正在自旋变化力矩的服从下，众少受限磁斯格明子的形式会形成扭曲。但因为受拓扑容隐，扭曲的磁斯格明子拓扑自旋结构不会形成转折。而因为左旋和右旋手性的磁斯格明子拥有类似的能量，当注入的极化电流能量充斥越过两种自旋态之间的势垒时，磁斯格明子的自旋手性会正在自旋转移力矩驱动下，在左旋和右旋之间发作纠合反转，一齐（左旋→右旋或右旋→左旋）翻转原委在几个纳秒之内告终。

该劳动得到科技部（2017YFA0303202）、邦家自然科学基金委（11574137, 11604148, 11874410, 11974298，）以及中科院（KJZD-SW-M01）等的赞成。插足该工作互助磋商的还搜集沙特国王科技大学教师张西祥团队、香港中文大学（深圳）教师周艳团队和日本东京大学教师Motohiko Ezawa等。

图2. 电流驱动Fe 3 Sn 2 单晶中磁斯格明子自旋手性反转的实行接头。