车仁超教授课题组观察到限域空间中Skyrmion的动态过程

日前，我校车仁超教授课题组观察到限域空间中Skyrmion的动态过程，实验结果在线发表在国际权威期刊《自然通讯》上，题目为《限域几何中边缘驱动斯格明子链集体动力学行为》
(Edge-Mediated Skyrmion Chain and Its Collective Dynamics in a Confined Geometry)。

如何实现数据存储单元材料的微型化与弱电流驱动存储是信息处理技术的关键问题和难点所在。2009年发现的自旋织构斯格明子(Skyrmion)为解决这些问题带来希望。斯格明子是纳米级的磁性螺旋结构，可以被极低的电流密度（102 A/cm2）驱动，且比传统磁性介质稳定，存储容量更高。深入理解斯格明子的动力学演变过程是研发存储器件的重要前提。借助透射电子显微镜可以直接观察到在体相材料中斯格明子的微磁结构和自旋取向分布，但是在限域空间尤其是在纳米限域条件下，还没有实现直接观测与操纵，主要原因是因为纳米结构边缘的菲涅尔条纹会严重干扰磁取向的重构分析。期待斯格明子作为存储器件的研发过程，也因此遇到难题和障碍。

利用洛伦兹透射电镜观测到斯格明子的成链过程

针对这一问题，我校车仁超教授课题组开展了富有创新性的工作，并取得重要进展。首先，在保持高空间分辨率的前提下，重新设计并改造了常规透射电镜的物镜系统，消除了传统物镜的残余磁场，拓展了洛伦兹成像模式的观察范围，并实现原位施加“低温、高温、磁场、电场、电流”等多场耦合的观测环境。其次，通过聚焦离子束加工与金属原位沉积技术，成功制备了系列与斯格明子尺寸可比的纳米条带，从而有效减弱了材料边界菲涅尔条纹对斯格明子实空间观察的影响。在此基础上，利用洛伦兹成像模式成功观察到了原位低温（100-270 K）与强磁场（2 Tesla）下，FeGe纳米条带中的斯格明子的单链和FeGe纳米条带的磁化过程；揭示了纳米条带中边界驱动斯格明子的形成机理。该工作对认识斯格明子在限域器件中的物理特性，以及在磁存储器件和自旋电子器件中的应用具有重要意义。

本工作是与中科院合肥强磁场中心田明亮研究员共同完成的，获得了科技部973计划和国家自然基金委员会的资助，并得到了我校材料科学系和先进材料实验室的大力支持。