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物理所等发现多拓扑态宽温区磁性斯格明子

发布时间:2018-05-15 15:07 类别:购彩大厅

  磁性斯格明子(Magnetic Skyrmion)是一种具有手性自旋的纳米磁畴布局单位。因为它具有拓扑庇护性、低驱动电流密度(比驱动保守畴壁低5~6个数量级),以及磁场、温度和电场等多物理感化调控的特征,磁性斯格明子被认为是将来高密度、高速度、低能耗消息存储器件的焦点材料。然而,目前大部门磁性斯格明子材料系统居里温度偏低和不变具有温区窄,成为材料现实使用的瓶颈。开辟宽温区跨室温磁性斯格明子新材料是目前磁电子学范畴的研究热点,也是推进磁性斯格明子适用化的环节。

  中国科学院物理研究所/北京凝结态物理国度尝试室(筹)磁学国度重点尝试室M05研究组持久努力于金属间化合物磁-布局相变及新型磁性功能材料的开辟和物性研究,先后获得了多种磁相变材料系统。提出了磁性-化学键合作影响物质布局的设法,操纵化学键调控布局不变性这一思绪,通过抑止六角合金MnNiGe的布局相变,将布局失稳指导为磁布局不不变,初次在具有核心对称晶体布局六角合金MnNiGa中察看到了宽温区跨室温双涡旋磁性斯格明子[Advanced Materials28, 6887 (2016);(中国发现专利,申请号6)]。他们通过变温中子衍射尝试,证明了六角合金MnNiGa在居里温度以下的宽温度区间内具有非共线螺旋磁布局的特点,这被认为是宽温区磁性斯格明子不变具有的内在缘由。这一成果对新型磁性斯格明子材料摸索具有主要指点意义。

  比来,该课题组研究员王文洪、副研究员刘恩克及博士后侯志鹏、研究生丁贝等,在上述六角合金MnNiGa磁性斯格明子研究工作根本上,在宽温区磁性斯格明子新材料摸索方面再次取得新进展。他们在Kagome晶格阻挫磁性金属间化合物Fe3Sn2中,初次获得目前具有最高居里温度(~640K)及最宽温度区域(120K~640K)不变具有的多拓扑态磁性斯格明子。

  如图 1(a) 所示,Fe3Sn2是由双层Fe-Sn原子层和Sn原子层交替构成,此中Fe原子形成双层Kagome三角格子并具有自旋阻挫。他们细心设想尝试,通过助溶剂法发展出高质量的Fe3Sn2单晶,详尽的磁丈量证明了该材料在居里温度640K到120K宽温域范畴内具有着磁布局的不不变性。如图1(b)所示,在居里温度以下,自旋即有序化为带有倾角的阻挫布局,其矢量和标的目的指向c轴。然后跟着温度的降低,自旋的集体取向逐步转到ab面内。随后通过微磁模仿,如图1(c)和(d)所示,他们发此刻Fe3Sn2的Ku和Ms变化范畴内能够获得拓扑平淡磁泡和拓扑非平淡磁泡(磁斯格明子)布局纳米磁畴共存的形态,而且发觉受拓扑庇护的斯格明子具有更高的临界磁场(不变性)。进一步,他们通过洛伦兹电镜察看到Fe3Sn2单晶样品跟着垂直于ab面磁场的添加,基态条状磁畴逐步改变成拓扑平淡磁泡和拓扑非平淡磁泡(斯格明子)纳米磁畴的过程(图2)。跟着磁场的添加,那些拓扑平淡磁泡逐步消逝,受拓扑庇护的磁性斯格明子具有更高临界磁场,这和微磁模仿的成果高度分歧。这种多种拓扑态自旋布局是以前报导的磁性斯格明子材料所没有的特征。更为主要的是,如图3变温洛伦兹电镜察看所示,若是在室温下将样品先磁化到未饱和形态(好比图2的b形态),在磁场退回到零场后会呈现基态条状磁畴和磁性斯格明子畴共存的现象(“零场不变的磁性斯格明子”),并在此后的降温过程中斯格明子密度逐步添加。对“零场磁性斯格明子”的自旋布局阐发表白,它具有与图2的四品种型分歧的布局,呈现出“同芯多环”的拓扑形式。

  该工作进一步提高了该组此前发觉的MnNiGa双磁性斯格明子新材料的居里温度(从340K提高到640K),获得目前最宽温区(120K-640K)跨室温多拓扑态斯格明子材料,同时察看到分歧拓扑态自旋布局斯格明子的彼此改变行为(见图4)。该工作为鞭策磁性斯格明子的进一步研究和现实使用,以及对自旋拓扑物态的深切研究都具有主要的意义。相 http://sceneinpa.com/goucaidating/169/


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