近期，中科院合肥物質(zhì)院強磁場(chǎng)中心低功耗量子材料研究團隊利用透射電鏡定量電子全息磁成像技術(shù)，在單軸手性磁體Cr_1/3NbS₂中發(fā)現了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變。相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Materials上。 

　　拓撲磁結構是構筑新型磁存儲器的基本單元。在手性磁體中，拓撲磁結構的形成和自旋構型取決于Dzyaloshinskii-Moriya (DM) 相互作用的類(lèi)型。例如在單軸手性磁體中（如Cr_1/3NbS₂），會(huì )形成周期可調的磁孤子；在立方非中心對稱(chēng)的手性磁體中（如 FeGe，Mn_1.4PtSn），會(huì )形成磁斯格明子或反斯格明子。具有不同自旋構型的拓撲磁結構之間可以發(fā)生轉換，例如斯格明子和麥韌，斯格明子和反斯格明子, 斯格明子和磁泡等。在單一材料中，利用兩種不同類(lèi)型的拓撲磁結構分別存儲二進(jìn)制數據“0”和“1”，對于拓撲磁存儲器件的構筑具有實(shí)際意義。然而，由于DM（Dzyaloshinskii–Moriya）作用類(lèi)型不同，手性磁孤子和斯格明子之間的拓撲轉換一直受到限制。 

　　針對這一問(wèn)題，研究團隊利用幾何邊界限域效應，通過(guò)對磁孤子兩端磁結構的調制，打破了DM作用的限制，在單軸手性磁體 Cr_1/3NbS₂中實(shí)現了磁孤子向磁斯格明子的拓撲相變。利用透射電鏡電子全息磁成像技術(shù)，發(fā)現新形成的斯格明子是長(cháng)度可調的，并且上下末端由兩個(gè)拓撲荷為1/2的麥韌組成，拓撲磁結構的總拓撲荷為單位1。并且，實(shí)驗上也發(fā)現了這一拓撲相變的厚度依賴(lài)性，表明偶極-偶極相互作用在相變過(guò)程中發(fā)揮了重要的作用，與微磁模擬的結果一致。這一發(fā)現豐富了拓撲磁結構家族，對于構筑新型磁電子學(xué)器件具有重要意義。 

　　強磁場(chǎng)中心博士生李龍為論文第一作者，強磁場(chǎng)中心杜海峰研究員、安徽大學(xué)宋東升教授和王偉偉副教授為論文共同通訊作者。強磁場(chǎng)中心田明亮研究員，華南理工大學(xué)鄭風(fēng)山教授，德國于利希研究中心Rafal E. Dunin-Borkowski教授和András Kovács博士為論文的合作者。該項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中科院戰略性先導科技專(zhuān)項等項目的支持。

　　文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202209798 　

　　DM作用類(lèi)型與對應的拓撲磁結構（左） 

　　電子全息技術(shù)揭示單軸手性磁體Cr_1/3NbS₂中發(fā)現的磁斯格明子（右）