我校课题组观察到磁场驱动的skyrmion团簇跳变

近日，我校先进材料实验室车仁超教授课题组运用洛伦兹透射电子显微镜观察到FeGe纳米盘中的斯格明子（skyrmion）团簇在磁场驱动下的跳变现象，这一结果展示了团簇态乃至单个斯格明子的独特性质，对其在自旋电子器件上的应用有着重要意义。该结果日前发表在《美国国家科学院院刊》（Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.）上，题为Direct imaging of magnetic field-driven transitions of skyrmion cluster states in FeGe nanodisks。

低功耗、高速、大容量的电子设备一直是人们的追求，自旋电子器件作为新一代电子器件的候选者之一，它利用电子的自旋——而不是电荷——进行信息的存储、传输和处理，具有响应快、存储密度高等优点。斯格明子，一种在2009年发现的新自旋织构，具有传统磁畴不具有的拓扑稳定性、粒子性、低驱动电流等特性，近年来受到广泛关注，成为这一领域的前沿研究方向。应用的难点之一便是单个斯格明子的产生、探测和操控。

复旦大学先进材料实验室车仁超教授课题组与中国科学院强磁场科学中心田明亮教授课题组合作，首次在FeGe纳米盘中观察到了斯格明子团簇，并研究了其在磁场驱动下的演变过程和特性。实验结果显示在极低温度下，斯格明子团簇非常稳定，只是在高磁场下数量逐个减少；而在温度接近临界温度时，斯格明子团簇态会在临近态之间随机跳变。这表明了斯格明子在不同温度下的演变有不同的物理过程。

车仁超教授课题组近年来着重建设低温多场耦合透射电镜微结构分析平台，在金属材料相变、能源材料构效关系、纳米结构反应动力学等方面取得多项突破性进展，5年内以通讯作者发表自然通讯、先进材料等文章60多篇。本文第一作者为复旦大学先进材料实验室2014级硕士研究生赵雪冰。本工作感谢科技部973计划、国家自然基金委员会的资助、先进材料实验室的大力支持。