中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心田明亮課題組在低維螺旋磁體研究中取得新進(jìn)展：該課題組通過(guò)磁阻測(cè)量的方法在國(guó)際上首次實(shí)驗(yàn)給出了一維MnSi納米線中Skyrmion相 (S相)的相圖并探討了其穩(wěn)定機(jī)制。3月21日，課題組杜海峰博士的論文以《在螺旋磁體MnSi納米線中高度穩(wěn)定Skyrmion態(tài)》為題發(fā)表在國(guó)際期刊《納米快報(bào)》上（Highly Stable Skyrmion State in Helimagnetic MnSi Nanowires ，Nano Letters）。
具有非中心對(duì)稱立方B20結(jié)構(gòu)螺旋磁體，由于同時(shí)存在自旋、軌道、晶格等多種自由度的關(guān)聯(lián)與耦合，在磁場(chǎng)調(diào)控下表現(xiàn)出多種磁有序結(jié)構(gòu)，其中Skyrmions態(tài)是一種新型的具有軸對(duì)稱的手性拓?fù)浞�(wěn)定自旋磁結(jié)構(gòu)。這種獨(dú)特的拓?fù)浞�(wěn)定的自旋磁結(jié)構(gòu)可以非常有效地和傳導(dǎo)電子耦合產(chǎn)生大的電子自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)，這對(duì)以電流操控的自旋轉(zhuǎn)移矩器件的開(kāi)發(fā)具有潛在的應(yīng)用前景，因而成為當(dāng)前自旋電子學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)之一。然而在大塊材中，S相只存在于居里溫度附近一個(gè)非常小的磁場(chǎng)—溫度區(qū)域內(nèi)，限制了對(duì)S相潛在的應(yīng)用。隨后的研究注意到，二維螺旋磁體的薄膜中S相存在的溫度-磁場(chǎng)區(qū)域顯著擴(kuò)大。這說(shuō)明空間受限維度對(duì)S相穩(wěn)定有積極作用，但人們對(duì)一維螺旋磁體納米線中S相穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)還比較缺乏。
田明亮課題組2010年就開(kāi)始進(jìn)行S相穩(wěn)定性的研究，是國(guó)內(nèi)較早開(kāi)展Skyrmions材料探索的研究組之一。在前期工作中，課題組詳細(xì)地研究了低維螺旋磁體納米盤(pán)中S相的形成與穩(wěn)定性問(wèn)題，相關(guān)的成果引起了國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。此項(xiàng)研究通過(guò)測(cè)量單根MnSi納米線的磁輸運(yùn)特性，發(fā)現(xiàn)一維螺旋磁體納米線在平行磁場(chǎng)中存在高度穩(wěn)定的S相，其存在溫區(qū)從居里溫度～32K延伸到儀器所能達(dá)到的最低溫度～2K，但在垂直磁場(chǎng)下沒(méi)有觀測(cè)到S相的存在。這一結(jié)果表明：高度穩(wěn)定的S相與一維納米線的單軸各向異性有關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)一維螺磁S相自旋轉(zhuǎn)移矩器件開(kāi)發(fā)具有重要意義。
左圖: 螺旋磁體MnSi納米線中典型的磁電阻及其導(dǎo)數(shù)隨外磁場(chǎng)變化的曲線；右圖：MnSi納米線的磁相圖。
