科学家成功操控磁斯格明子产生与湮灭，可用于制备赛道存储器和逻辑门器件

在自旋电子学领域中，基于磁斯格明子的自旋电子学器件有望满足未来器件对高容量、高速度、低功耗等性能要求。

然而，磁斯格明子在实际器件的应用中面临着诸多挑战，其中高效地控制斯格明子产生与湮灭正是关键的难题之一。

针对该问题，中山大学物理学院侯玉升副教授课题组通过第一性原理计算，在基于具有本征 Dzyaloshinskii–Moriya 相互作用的 CrYX（Y = S, Se, Te; X = Cl, Br, I）单层 Janus 磁性材料中发现，外加磁场能够诱发磁斯格明子的出现[1]。

图 | 侯玉升（来源：侯玉升）

在此基础上，他们考虑到二维铁电材料具有非易失性极化的特性，提出了在二维范德华多体异质结中调控磁斯格明子的理论方案。

经过两年的探索研究，他们在 CrSeI 和 In2Te3 组成的二维范德华多体异质结中发现了本征磁斯格明子态与铁磁态之间的转换。

同时，为了帮助在其它的二维多铁异质结中寻找和调控磁斯格明子，他们提出了一个简洁的描述符确地，来界定磁斯格明子的存在范围。

日前，相关论文以《范德华多铁异质结构中用可控磁各向异性操控固有磁斯格明子》（Switching Intrinsic Magnetic Skyrmions with Controllable Magnetic Anisotropy in van der Waals Multiferroic Heterostructures）为题发在 Nano Letters[2]，并被选为当期封面论文。

中山大学硕士生汪泽全是第一作者，侯玉升担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Nano Letters）

其中一位审稿人认为在二维范德华多铁异质结 CrSeI/In2Te3 中发现的本征磁斯格明子和高温铁磁态的转换“非常有趣”。

同时，这位审稿人评价他们在文中提出的磁斯格明子描述符，可以作为广泛研究的二维范德华多铁异质结中操控磁斯格明子的“有用指南”。

另外一个审稿人认为，本次提出的利用可控的磁各向异性在二维范德华多铁异质结中调控磁斯格明子的理论方案具备新颖性。

（来源：Nano Letters）

在若干年内，本次理论成果可能会迎来潜在的实际应用。

第一个应用是赛道存储器。

通过精确控制磁斯格明子的产生和湮灭，可以设计出具有极高存储密度的赛道存储器。

这种存储器利用磁斯格明子的拓扑稳定性来实现信息的长期存储，同时利用磁斯格明子的可移动性来实现信息的快速读写。

这将极大地提高信息存储的密度和速度，为未来的数据存储提供新的方案。

第二个应用是逻辑门器件。

通过设计基于磁斯格明子的逻辑门器件，可以实现信息的快速处理和传输。

这种逻辑门器件利用磁斯格明子的拓扑稳定性和可移动性来实现信息的逻辑运算，能为计算电路提供新的可能性。

同时，他们提出的磁斯格明子描述符可以更准确地预测和调控二维材料中的磁斯格明子行为，从而有利于设计性能更好的磁斯格明子器件。

（来源：Nano Letters）

基于当前的研究，他们有着明确的后续研究计划。

一方面，磁斯格明子作为一种特殊的自旋结构，在自旋电子学领域具有巨大的潜力。

另一方面，高熵材料以其卓越的性能特点，如高可调性、高导电能力和高耐腐蚀性等，在工程领域得到了广泛的研究和应用。

他们认为，磁斯格明子与高熵材料的结合研究不仅有其独特的科学研究价值，而且有着广阔的应用前景。

因此，该团队将进一步深入研究磁斯格明子在高熵材料中稳定存在、以及调控问题。

通过外部磁场、电场、温度等多种手段，他们期望实现对磁斯格明子动态行为的精确控制，从而揭示磁斯格明子在高熵材料中的调控机制。

结合高熵材料的优异性能，课题组将研发基于磁斯格明子的新型复合材料。预计这些材料将具有更好的性能、更低的成本、以及更广泛的应用前景。

参考资料：

1.Yusheng Hou, Feng Xue, Liang Qiu, Zhe Wang, Ruqian Wu, Npj Computational Materials, 8, 120 (2022)

2.Wang, Z. Q., Xue, F., Qiu, L., Wang, Z., Wu, R., & Hou, Y. (2024). Switching intrinsic magnetic skyrmions with controllable magnetic anisotropy in van der Waals multiferroic heterostructures.Nano Letters, 24(14), 4117-4123.

排版：何晨龙、刘雅坤

01/ 科学家颠覆石墨烯不透性和化学惰性的传统认知，开发高精度气体跨膜输运探测技术，助力解决能源、化工等领域分离共性问题

02/ 聚焦端侧计算技术，这家“独角兽”量产模拟存内计算芯片，2年间让算力提升500倍

03/ 上交学术伉俪率队在晶体石墨烯中观察到超导态，实现1.6V/nm外加垂直位移电场，助力构筑新型超导量子器件

04/ 多层面解码阿片类药物与受体作用机制，科学家拟开发新型镇痛药物，助力应对“阿片危机”

05/ 上交团队设计AI模型将分子动力学计算效率提升100倍，有望用于离子导体研究和药物研发等

微信扫码关注该文公众号作者