单轴手性磁体中发现了磁孤子向磁斯格明子的拓扑相变

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）