記者從中科院合肥研究院了解到，該院強磁場中心與合作者合作，在理論和實驗上首次發現多拓撲荷特性“磁束子”，揭示了磁性材料中拓撲磁結構的多樣性。 研究成果日前發表在《自然·納米技術》上。

2009年，科學家在手性磁性材料中發現了一種名為磁斯格明子的納米尺度磁結構。后續人們在磁性材料中又發現了磁麥韌、磁泡斯格明子、磁浮子、磁霍普夫子等多種拓撲磁結構。這些磁結構具有與斯格明子類似的特性，具有強自旋-電子耦合特性，表現出作為新型數據載體構建新一代高性能自旋電子學器件的巨大潛力。對這些拓撲磁結構的深入研究逐漸形成了當前自旋電子學的一個重要研究分支—拓撲磁電子學。

(中科院合肥研究院供圖)

盡管已有“磁斯格明子袋”和“多拓撲態磁渦旋”等多拓撲態磁結構理論提出，但從未在實驗上進行證實。合作團隊首先通過三維微磁學計算模擬提出了一種由中間層“磁斯格明子袋”與表面層“多拓撲態磁渦旋”結合的三維多拓撲態磁結構，并將這種磁結構被命名為“磁斯格明子束子”，簡稱“磁束子”。研究團隊通過零磁場對斯格明子和螺旋磁疇混合態反轉磁場的方法，成功在實驗上實現了新型“磁束子”拓撲磁結構，在這一磁結構中首次觀察到具有不同磁拓撲荷的“磁束子”，并在此基礎上研究了納秒脈沖電流驅動下“磁束子”的運動行為。結果表明，多拓撲荷 “磁束子”具有粒子行為，能夠作為一個整體在電流驅動下運動，并且其運動軌跡與拓撲荷符號密切相關。

這一成果將拓撲磁電子學研究對象從單位拓撲荷擴展到多拓撲荷，為未來開發多態存儲、邏輯及信息處理器件提供了新的數據載體研究對象，有望開辟拓撲磁電子學研究新領域。(記者 吳長鋒)