記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院強(qiáng)磁場中心科研團(tuán)隊(duì)在電操控新型磁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究中取得新進(jìn)展，首次實(shí)現(xiàn)了可逆電流調(diào)控拓?fù)浯呸D(zhuǎn)變。相關(guān)成果論文日前發(fā)表在《先進(jìn)材料》上。

拓?fù)浯?span id="x55rp7r" class="keyword">性是研究磁性材料中自旋的整體排列在空間具有某些不變性的學(xué)科。具有不同拓?fù)浜傻拇沤Y(jié)構(gòu)不可以通過磁矩連續(xù)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換，因此具有拓?fù)浔Ｗo(hù)特性。在某種中心對(duì)稱晶體納米結(jié)構(gòu)中，存在兩類局域磁結(jié)構(gòu)：拓?fù)浜蔀?的斯格明子磁泡(簡稱斯格明子)和拓?fù)浜蔀?的平庸磁泡。由于磁斯格明子與磁泡的拓?fù)浜刹煌?，因此它們?cè)陔娏黩?qū)動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)如斯格明子霍爾效應(yīng)和電探測下的拓?fù)浠魻栃?yīng)完全不同。如果它們同時(shí)作為器件的信息載體，有望豐富拓?fù)浯烹娮訉W(xué)器件的設(shè)計(jì)。

在前期研究中，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了納米盤中單斯格明子-磁泡之間的拓?fù)浯呸D(zhuǎn)變。兩類磁狀態(tài)間的拓?fù)浯呸D(zhuǎn)變可以用于器件的寫入和刪除等功能，但磁場方法不兼容于電子學(xué)器件，還需要進(jìn)一步開發(fā)電學(xué)方法操控拓?fù)浯呸D(zhuǎn)變。

為此，科研人員利用聚焦離子束技術(shù)制備了納米條帶電學(xué)微器件，利用先期自主開發(fā)的透射電鏡原位加電測量系統(tǒng)，研究了納秒脈沖電流驅(qū)動(dòng)下的原位實(shí)時(shí)磁動(dòng)力學(xué)行為。研究發(fā)現(xiàn)：在一定傾斜磁場條件下，磁斯格明子和磁泡均為穩(wěn)定磁相，通過切換納秒脈沖電流的幅度，磁斯格明子晶格和平庸的磁泡晶格之間可實(shí)現(xiàn)高度可逆的拓?fù)浯呸D(zhuǎn)變。微磁學(xué)計(jì)算模擬表明，磁泡到斯格明子轉(zhuǎn)變和斯格明子到磁泡轉(zhuǎn)變，可以分別歸因于電流的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)。

這種高度可重復(fù)且可逆的斯格明子-磁泡和斯格明子-條紋疇的拓?fù)浯呸D(zhuǎn)變，有望推動(dòng)未來可靠、低能耗和高效率的拓?fù)渥孕娮訉W(xué)器件的開發(fā)。(記者 吳長鋒)