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合肥研究院等实现磁场对“靶”斯格明子态的极性反转调

[九龙彩坛一肖中特平] 时间:2017-11-18 20:32 来源:未知 作者:admin 点击:

  近日,中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心田明亮课题组、美国新罕布什尔大学臧佳栋研究组与德国尤利西研究中心Rafal研究组合作,利用电子全息技术首次实验上直接观察到二重简并的“靶”斯格明子态(target skyrmion),并实现了磁场对“靶”斯格明子态的极性反转调控。11月13日,相关研究成果以Direct Imaging of a Zero-Field Target Skyrmion and Its Polarity Switch in a Chiral Magnetic Nanodisk为题,发表在《物理评论快报》上。该工作被选为当期的特色亮点文章,并以Focus: Field-Free Spin Patterns为题,在美国物理学会Physics上进行专题报道和评述。

  磁性斯格明子(skyrmion)是具有轴对称的拓扑稳定的新型自旋构型,因在未来低能耗高密度存储自旋器件的应用中具有潜力,而成为国际磁学领域研究的前沿与热点。作为自旋磁存储器件的比特,磁性斯格明子面临的瓶颈是需要一个外加磁场才能稳定。如何实现在没有外加磁场的条件下,获得稳定的磁斯格明子态成为器件应用道路中急需突破的关键问题。2013年,课题组在国际上率先从理论上预言了在FeGe纳米盘中存在不需要外磁场下就可以稳定的“靶”斯格明子态,它是由处于纳米盘中心的单个磁斯格明子和围绕在它周围的一个或者更多的螺旋条纹畴组成。但由于实现“靶”斯格明子态的观察需要制备百纳米尺寸的样品,且需要小于5纳米的仪器磁分辨率, 使其实验研究极具挑战性。

  课题组研究人员利用聚焦离子束(FIB)技术,在前期发展的非磁金属包裹磁性纳米盘技术的基础上,制备了直径约为160nm,厚度约为90nm的FeGe纳米盘,并利用电子全息成像技术(off-axis electron holography)首次实现了课题组前期理论预言的“靶”斯格明子态的直接观测,以及磁场对两种不同手性的“靶”斯格明子态极性反转的调控。理论模拟结果与实验一致,进一步揭示了“靶”斯格明子的普遍性及其形成机制。

  研究工作受到了国家重点研发计划、基金委优秀青年科学基金项目、中科院前沿科学重点研究计划、中科院重点部署项目、中科院青年促进会、学协同创新中心等的资助。

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