我国科学家首次实现可逆电流调控拓扑磁转变

2021-10-06 08:30:28
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  记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉,该院强磁场中心科学研究团队在电力控制新型磁结构动力学研究中取得了新进展,首次实现了可逆电流控制开拓磁力转换。相关成果论文日前发表在《先进资料》中。

  拓扑磁性是研究磁性材料中自旋的整体排列在空间中具有不变性的学科。不同拓扑荷的磁结构不能通过磁矩连续转换实现相互转换,因此具有拓扑保护特性。在某个中心对称晶体纳米结构中,拓扑荷为1的斯格明子磁泡(简称斯格明子)和拓扑荷为0的平凡磁泡有两种。由于磁性明子与磁性泡沫的开拓荷不同,因此在电流驱动下的动力学,如斯格明子霍尔效应和电检下的开拓荷尔效应完全不同。同时作为设备的信息载体,有望丰富开拓磁电子学设备的设计。
  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。两种磁状态之间的开拓磁变化可用于设备的写入和删除等功能,但磁场方法不与电子学设备相容,需要进一步开发电学方法来控制开拓磁变化。
  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。
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  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。