室溫下拓撲反斯格明子晶格轉變的操控 | 進展

磁性（反）斯格明子是一種具有拓撲保護特性的磁疇結構，其納米尺度、拓撲穩定的準粒子特性，有望在信息處理和神經形態計算中成為新一代高密度、低功耗磁性信息單元，從而滿足大數據、云計算、智能化信息時代的迫切需要，是當前自旋電子學和凝聚態物理的研究熱點和關鍵科技前沿。基于磁斯格明子的儲備池計算等新型信息處理范式，利用拓撲磁性準粒子的非線性響應、短時記憶性和動力學復雜性，在低功耗條件下完成復雜計算任務，是未來低功耗、高性能信息處理的重要方向。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心磁學實驗室M07組張穎研究員團隊，在沈保根院士統籌指導下，依托集高分辨率磁疇表征、原位多場調控及微磁學模擬等功能的特色研究平臺，對多種磁性材料體系中的拓撲磁性斯格明子進行了系統研究，在拓撲磁性單元的生成、調控和物理機制等方面積累了豐富的研究經驗。反斯格明子作為斯格明子的反粒子，具有更高的溫度穩定性和額外自由度，可進一步豐富新型信息處理范式。近期，研究團隊面向反磁斯格明子的儲備池計算，在反斯格明子晶格轉變集體演化行為以及多自由度操控方面進行了深入研究。

研究團隊利用原位洛倫茲透射電子顯微鏡率先在室溫Mn1.4PtSn手性磁體中，直接觀察到外加磁場依賴的反斯格明子動態演變行為，實現了反斯格明子由三角晶格向方形點陣的連續轉變。實驗結果表明，在外加磁場逐漸減小過程中，反斯格明子的形狀、尺寸和空間位置發生協同變化，系統呈現磁場依賴的多自由度可調控集體演變特征。進一步通過微磁學模擬揭示了反斯格明子晶格轉變的微觀機制，外部磁場、各向異性DMI相互作用以及偶極相互作用之間的競爭共同驅動反斯格明子從圓形向方形的演化以及晶格對稱性的重構。該工作首次在實空間直接解析了室溫拓撲自旋結構的連續演化過程，構建了一個具有豐富中間態與多維自由度的反斯格明子信息單元系統，為基于拓撲信息單元多級信息編碼和儲備池計算功能提供了關鍵實驗依據。反斯格明子晶格轉變中的中間態原則上與現有斯格明子檢測信息讀出方案兼容，表明實現未來基于拓撲（反）斯格明子低功耗、高性能信息處理器件的可行性。

室溫下反斯格明子由三角到方形晶格實空間多自由度轉變操控

研究成果實驗直觀揭示了拓撲反斯格明子晶格的外場依賴轉變特性，以“Manipulation of topological antiskyrmion lattice transition at room temperature”為題，發表在《Advanced Functional Materials》期刊（http://doi.org/10.1002/adfm.202531037）。中國科學院物理研究所磁學實驗室M07組博士后何至東為論文第一作者，張穎研究員為通訊作者，該工作得到中國科學院物理研究所、北京科技大學、北京理工大學和安徽大學的大力支持，國家重點研發計劃、國家自然科學基金委青A項目、科學中心項目、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、博新計劃A類等項目的資助。

編輯：LYang