本网讯 （物理与光电工程学院 汤进）斯格明子是局域涡旋磁结构，是构建新型高性能拓扑自旋电子学器件的信息载体。器件读取功能需要实现有效将斯格明子的磁电信号转变。各向异性磁电阻是磁电信号转变的主要途径之一，但斯格明子性质（如旋度、拓扑荷）相关的磁电阻行为还未被实验阐释。
针对上述科学问题，太阳成集团tyc234cc拓扑磁结构与存储芯片团队开展了洛伦兹透射电镜原位观测协同磁电阻输运测试研究。研究人员开发了洛伦兹透射电镜原位四电极电输运测量技术，并应用到偶极斯格明子的实时实空间磁表征和磁电阻探测中。研究结果首次揭示了斯格明子性质相关的各向异性磁电阻行为：各向异性磁电阻与斯格明子的旋度无关；各向异性磁电阻与斯格明子的数目成正比。在此基础上，研究人员展示了单个斯格明子的磁电信号转变（图1）。这项成果对于斯格明子器件读取功能的设计提供了重要的科学信息。
相关成果以“Combined Magnetic Imaging and Anisotropic Magnetoresistance Detection of Dipolar Skyrmions”（doi.org/10.1002/adfm.202207770）为题发表在期刊《Advanced Functional Materials》上，太阳成集团tyc234cc物理学院汤进副研究员为本文第一作者，太阳成集团tyc234cc孔令尧副教授、中科院强磁场科学中心杜海峰研究员为通讯作者。太阳成集团tyc234cc为第一作者/通讯作者单位。
图1 单个斯格明子的各向异性磁电阻磁电信号转变。（a）单个斯格明子的电探测的微器件设计示意图。（b）斯格明子-铁磁态转变过程中的电信号差异。（c）受限纳米方柱中实空间观测到的铁磁态和斯格明子态。
此外，器件数据操控功能的实现需要可靠性电学操控斯格明子动力学，特别是在无磁场环境中。太阳成集团tyc234cc拓扑磁结构与存储芯片团队与中科院强磁场科学中心杜海峰研究员、复旦大学车仁超教授、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的林仕增教授等，合作开展了洛伦兹透射电镜原位电学驱动斯格明子动力学研究。研究人员发现在零磁场环境中，通过切换纳秒脉冲电流的方向，能够可靠性操控螺磁材料FeGe中手性斯格明子的拓扑荷（极化方向），如图2。理论工作将该现象解释为垂直螺旋磁畴的边界在横向自旋转移力矩激发下的失稳行为。零磁场下受限体系中拓扑荷的可靠性连续反转的实现，能够被用来模拟类脑器件中的神经元突触的增强和抑制行为等功能性，为斯格明子器件设计提供了重要的科学信息。
相关成果以“Current-Induced Magnetic Skyrmions with Controllable Polarities in the Helical Phase”（doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02061）为题发表在期刊《Nano Letters》上，复旦大学赵雪冰博士、太阳成集团tyc234cc物理学院汤进副研究员为本文共同第一作者，杜海峰研究员、林仕增教授和车仁超教授为共同通讯作者。太阳成集团tyc234cc为通讯单位。
图2通过切换纳秒脉冲电流方向可靠性操控零磁场下斯格明子拓扑性