近日，我校物理与电子学院博士研究生孙伟等在磁斯格明子（skyrmion）的研究中取得新进展，研究人员探索了不同条件下稳定二维系统中奈尔（Néel）型和双半子（bimeron）型的斯格明子，发现两者展现了不同的拓扑特性和输运特性，通过在二维系统中操控不同类型斯格明子之间的转换，为磁斯格明子应用于存储和逻辑电子设备提供了可能性。相关研究成果发表在自然指数期刊、国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》（最新影响因子18.808），河南大学为第一署名单位。
磁斯格明子是一种新型的拓扑自旋结构，具有尺寸小、稳定性高、易操纵等特点，可用作下一代电子器件，实现存储和逻辑运算功能。磁斯格明子广泛存在于铁磁多层金属膜、多铁等材料中。最近在二维范德瓦尔斯（vdW）材料中观测到了斯格明子。通过不同种类二维材料堆叠，二维异质结构可以灵活地整合多种不同磁性交互作用、手性不对称交互作用，垂直各项异性到同一结构中，而且局域磁矩更容易被操控，同时降低了材料堆垛方向的尺寸。在二维材料中，磁各向异性对斯格明子自旋构型起着至关重要的作用。在具有垂直各向异性的二维磁体中，斯格明子稳定于奈尔型磁结构。而在具有平面各向异性的二维磁体中，自旋将倾向于沿着平面内排列，具有双半子型磁结构。
在该项工作中，物理与电子学院博士研究生孙伟在黄河学者李航和澳大利亚伍伦贡大学程振祥教授等人的指导下，研究了WTe2/CrCl3双层vdW异质结中的拓扑自旋纹理。自旋-轨道耦合引起的垂直各磁晶向异性有利于奈尔型斯格明子的稳定，而磁偶极-偶极相互作用引起的面内形状各向异性有利于双半子型斯格明子的稳定。在垂直磁场的存在下，可以实现斯格明子–双半子–铁磁循环转变，同时体系的拓扑性质（拓扑数）也随之反转。研究结果表明，与双半子型磁构型相比，奈尔型斯格明子获得了更高的速度和更大的斯格明子霍尔角。此外，将CuInP2S6（一种二维铁电单层膜）堆叠到异质结中，可以通过界面磁电耦合产生的电场操控斯格明子的写入和擦除。
本项研究工作得到了国家自然科学基金和河南大学的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202104452
