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针对阻挫磁体 Fe?Sn?中自旋扭矩与斯格明子（Skyrmion）动力学机制不明的问题，研究人员利用自旋扭矩驱动斯格明子共振技术，结合时间分辨光学探测与微磁模拟，发现仅呼吸模和逆时针旋转模被激发，证实有效自旋轨道扭矩（SOT）的存在，为自旋电流传感及拓扑磁电子学应用奠定基础。
在信息存储与自旋电子学领域，磁斯格明子（Magnetic Skyrmion）因其纳米级尺寸、拓扑稳定性和高速操控性，被视为下一代高密度存储和逻辑器件的核心载体。传统上，斯格明子的拓扑保护主要依赖于 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用（DMI），但在阻挫磁体中，磁阻挫效应可替代 DMI 提供保护，其中 Fe?Sn?因其高达～600 K 的热稳定性、大拓扑霍尔效应（THE）及电流诱导螺旋度开关特性，成为极具技术潜力的研究对象。然而，其自旋扭矩（Spin-torque）的各向异性本质、斯格明子共振动力学机制，以及自旋轨道扭矩（SOT）与自旋电流的关联仍不明确，制约了其在自旋电子器件中的实际应用。
为解决上述问题，以色列希伯来大学（The Hebrew University of Jerusalem）与中国天津工业大学、中国科学院物理研究所等机构的研究人员合作，在《Nature Communications》发表了题为 “Spin-torque skyrmion resonance in a frustrated magnet” 的研究论文。团队通过电流驱动的斯格明子共振技术，结合时间分辨光学探测与微磁模拟，系统研究了 Fe?Sn?中自旋扭矩诱导的斯格明子动力学行为，揭示了阻挫磁体中自旋扭矩的独特机制，并验证了斯格明子共振作为自旋电流传感器的可行性。
研究采用的关键技术包括：
- 光探测自旋扭矩铁磁共振技术（OSTFMR）：通过射频（RF）电流激发斯格明子共振，利用飞秒激光锁相探测磁光克尔效应（MOKE），实现对离面磁化分量（m_z）的时间分辨测量，分辨率达皮秒级。
- 微磁模拟（Micromagnetic Simulations）：基于面向对象微磁框架（OOMMF），构建包含交换能、偶极能、倾斜单轴磁各向异性（UMA）和塞曼能的能量模型，模拟斯格明子纹理演化及共振模式。
- 输运测量（Transport Measurements）：通过标准六探针法测量霍尔电阻率（ρ_xy^⊥）和平面霍尔电阻率（ρ_xy^||），分离拓扑霍尔效应（THE）与平面霍尔效应（PHE）中动量空间（k-space）和实空间（real-space）的贡献。
研究结果
1. 斯格明子共振模式的选择性激发
实验发现，在 Fe?Sn?中仅呼吸模（Breathing Mode）和逆时针旋转模（CCW Mode）被有效激发，而传统 DMI 主导体系中常见的顺时针旋转模（CW Mode）未被观测到。通过微磁模拟证实，阻挫效应与强交换相互作用抑制了 CW 模的激发，且射频自旋扭矩而非奥斯特场是共振的主要驱动力。
2. 磁相转变与共振特性关联
随着外磁场增加，体系经历从无序相到条纹相再到有序格子相的转变。共振频率 - 磁场色散关系显示，低频下（<10 GHz）共振峰分散，对应无序相；高频下（>10 GHz）呈现双模式单调色散，对应格子相。线宽分析表明，逆时针模的线宽随频率增加更快，与吉尔伯特阻尼（α=0.032±0.008）吻合，而呼吸模因非圆锥运动表现出较弱的频率依赖性。
3. 直流电流对共振线宽的调制
直流电流（J_c）作用下，条纹相和格子相中的线宽呈现相反调制趋势：逆时针模线宽随 J_c 增加而展宽，呼吸模则变窄。微磁模拟显示，直流自旋轨道扭矩（SOT）而非自旋转移扭矩（STT）可解释该现象，且有效自旋霍尔角（θ_SH^eff=0.027±0.006）通过格子相数据提取。
4. 拓扑霍尔效应的实空间与动量空间贡献
输运测量表明，拓扑霍尔电阻率（ρ_xy^THE）在低场下占比近 50%，对应斯格明子格子的形成；平面霍尔效应（PHE）则以动量空间贡献为主，实空间贡献约 10.7%。结合洛伦兹透射电镜（LTEM）成像，证实实空间自旋纹理对输运的有限但非零贡献。
结论与讨论
本研究首次在阻挫磁体 Fe?Sn?中实现自旋扭矩驱动的斯格明子共振动力学探测，证实阻挫效应可选择性激发特定共振模式，并揭示自旋轨道扭矩（SOT）对共振线宽的调制机制。通过分离动量空间与实空间贡献，明确了 Fe?Sn?中拓扑输运的双重起源，为理解阻挫磁体的自旋扭矩各向异性提供了实验证据。此外，斯格明子共振对自旋电流的敏感性，为开发无附加铁磁层的自旋电流传感器开辟了新路径，有望推动低功耗拓扑磁电子器件的发展。
该工作不仅深化了对阻挫磁体中自旋 - 轨道相互作用与拓扑纹理耦合的理解，还为设计基于斯格明子的高频器件、自旋逻辑单元及神经形态计算元件提供了关键技术参数。未来研究可进一步探索强绝热 regime 下实空间效应的增强，及不同拓扑电荷（Q）斯格明子的动力学行为，以完善自旋扭矩调控的普适规律。
