清華物理系江萬(wàn)軍研究組在拓?fù)渥孕娮訉W(xué)領(lǐng)域取得進(jìn)展

清華新聞網(wǎng)9月15日電  9月14日，清華大學(xué)物理系、低維量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江萬(wàn)軍助理教授應(yīng)邀在物理類(lèi)綜述期刊《物理報(bào)道》（Physics Reports）上在線(xiàn)發(fā)表綜述文章《磁性多層膜中的斯格明子》（“Skyrmions in magnetic multilayers” ）。

該綜述文章詳實(shí)地討論了當(dāng)前斯格明子材料體系的研究趨勢(shì)，包括斯格明子的物理起源、材料設(shè)計(jì)與優(yōu)化、拓?fù)漭斶\(yùn)物理、原型功能器件，同時(shí)也指出了本領(lǐng)域內(nèi)面臨的挑戰(zhàn)。

近年來(lái)隨著拓?fù)淞孔硬牧系呐畈l(fā)展，磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)也衍生出了一個(gè)新興的學(xué)科——拓?fù)渥孕娮訉W(xué)。拓?fù)渥孕娮訉W(xué)以尋找、研究、利用新型拓?fù)渥孕Y(jié)構(gòu)為核心，其典型研究對(duì)象為自旋實(shí)空間中具有拓?fù)浔Ｗo(hù)屬性的磁性斯格明子（magnetic skyrmion）。來(lái)源于其拓?fù)涮匦?，微納米尺度的斯格明子可以被非常微弱的電流高效驅(qū)動(dòng)。因而被業(yè)界認(rèn)為是下一代高密度、高速度、低耗能、非易性自旋存儲(chǔ)器件中的優(yōu)良信息載體。在潛在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的同時(shí)，斯格明子實(shí)空間自旋拓?fù)鋺B(tài)也給予了豐富的拓?fù)漭斶\(yùn)物理現(xiàn)象，譬如拓?fù)浠魻栃?yīng)（topological Hall effect）、新興磁電動(dòng)力學(xué)（emerging magneto-electrodynamics）、斯格明子的霍爾效應(yīng)（skyrmion Hall effect）等等。因此，對(duì)拓?fù)浯判运垢衩髯?，尤其是室溫下的斯格明子的基礎(chǔ)研究不但能揭示、預(yù)測(cè)、理解這些有趣的拓?fù)淞孔游锢?，同時(shí)也能為下一代新型自旋拓?fù)浯鎯?chǔ)器件做好知識(shí)與技術(shù)儲(chǔ)備。

在此領(lǐng)域，江萬(wàn)軍助理教授取得了一系列前期重要結(jié)果[《科學(xué)》（Science）, 349, 283 (2015)以及《自然物理》（Nature Physics）13, 162 (2017)]。該綜述文章能為更好地開(kāi)發(fā)磁性斯格明子新型材料與器件、推動(dòng)拓?fù)渥孕娮訉W(xué)的發(fā)展理清思路。

磁性多層膜中斯格明子的特征優(yōu)勢(shì)。

圖A所示為具有界面反演對(duì)稱(chēng)破缺的磁性雙層膜。圖B所示為該材料體系中的奈耳態(tài)斯格明子（左）。及其拓?fù)鋱D像（右）。該材料體系中的強(qiáng)自旋霍爾效應(yīng)（圖C），可以用來(lái)高效操控磁性斯格明子（圖D）。

該項(xiàng)工作得到了科技部重大研發(fā)計(jì)劃、清華大學(xué)人才引進(jìn)計(jì)劃、清華大學(xué)低維量子物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主科研計(jì)劃以及北京未來(lái)芯片技術(shù)高精尖創(chuàng)新中心的經(jīng)費(fèi)資助。該論文的第一作者和通訊作者均為清華大學(xué)物理系江萬(wàn)軍助理教授。合作作者包括：美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校物理系的陳宮博士、劉凱教授，美國(guó)新罕布什爾州大學(xué)物理系的臧佳棟教授，美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室材料學(xué)部的蘇珊·菲特豪斯（Suzanne te Velthuis）以及阿克薩·霍夫曼（Axel Hoffmann）博士。

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http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157317302934

供稿：物理系 編輯：徐靜