强磁场中心螺旋磁体纳米盘的磁化过程研究获新成果

中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心田明亮研究小组杜海峰博士在非中心对称B20立方结构螺旋磁性材料的研究中取得新结果，论文《螺旋磁体纳米盘中磁场驱动的手性自旋结构的演化》（Field-driven evolution of chiral spin textures in a thin helimagnet nanodisk）最近在《物理快评B》(Physical Review B87，014401 2013）上发表。

在非中心对称B20立方结构的螺旋磁性材料中，Skyrmions(S)相是具有轴对称的拓扑稳定的新型自旋构型，其拓扑稳定性导致电子可以非常有效的和S相耦合产生拓扑霍尔效应和大的电子自旋转移矩效应。这些新颖物性使得S相成为当前自旋电子学研究的前沿和热点之一。然而在大块材材中，S相只存在于居里温度附近一个非常小的磁场和温度区域内，限制了对S相的进一步研究和它的潜在应用。因此，如果把材料由二维薄膜加工成形状和尺寸可控的纳米结构，如纳米盘、纳米条带，S相的形成与稳定机制等是一个亟待解决的问题。

田明亮研究小组杜海峰博士详细探讨了不同半径下纳米盘螺旋磁体的自旋排列随外磁场的变化规律。理论模拟发现：当纳米盘的半径小于某一临界尺寸时，即使在外磁场的作用下，纳米盘也形成不了Skyrmions态；当纳米盘的半径大于此临界尺寸时，随着盘的半径增加，Skyrmions的数目非连续性逐渐增加，其排列类似于第二类超导体的涡旋结构，并且所有的自旋构型都可以简单的看成边缘螺旋态与体态之间的叠加。此项工作对了解纳米尺度下Skyrmions相特性及未来制备微、纳Skyrmions基自旋电子学器件有着重要的指导意义。该研究工作受到国家自然科学基金等经费资助。