研究构建大规模、可控且室温稳定的高定向斯格明子赛道阵列
磁性斯格明子（magnetic skyrmions）是具有拓扑保护特性的涡旋状自旋结构，被学界认为是实现高效纳米级存储与逻辑器件的理想候选者。近年来，磁性范德华晶体因具有易剥离、在原子层或薄片尺度可维持长程铁磁有序等特点，成为探索新颖磁性和开发自旋电子器件的新平台。此前，在居里温度远超室温的范德华铁磁体Fe3GaTe2中，科研人员观测到了稳定的斯格明子晶格，并揭示了该体系中存在强垂直磁各向异性、长程偶极相互作用以及显著的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用等关键物理特性。这些发现表明，Fe3GaTe2在新型信息存储与计算器件中具有广阔应用前景。目前，亟需实现大面积、高密度有序斯格明子阵列的可控制备，以及复杂自旋拓扑结构的精准编织。
近期，中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员高鸿钧团队联合复旦大学研究员余伟超，对室温铁磁体Fe3GaTe2中的斯格明子结构进行了深入研究。研究人员通过结合矢量强磁场的磁力显微术，设计并构建了大面积、高度有序、室温稳定的斯格明子赛道阵列，并发展了矢量磁场分步调控方法，实现了赛道取向、有序性及斯格明子密度的有效调控。同时，研究发现，赛道阵列结构中两类斯格明子的空间构型特征分别是贯穿样品的斯格明子管道和浮于样品表面的斯格明子浮子。进一步，研究揭示了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和面内磁场是构建斯格明子赛道阵列的关键物理机制。
这一研究发展了通过矢量磁场构建和调控斯格明子赛道阵列方法，揭示了其潜在的物理机制。同时，该研究首次成功构建具有大面积、高定向性的斯格明子赛道阵列结构，为开发基于斯格明子的高通量信息器件提供新的技术路径。
相关研究成果以Controllable highly oriented skyrmion track array in bulk Fe3GaTe2为题，发表在《物理评论X》（Physical Review X）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部、中国科学院及北京市等的支持。
论文链接
(a)大面积高定向斯格明子赛道阵列；(b) 方向调控；(c) 矢量场分步调控及原理
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