FeGe纳米线几何结构对磁拓扑态调控机制研究：分数斯格明子-涡旋态、扭曲斯格明子与螺旋态的相变规律

这篇研究通过微磁模拟（micromagnetic simulations）系统揭示了FeGe纳米线在1°倾斜磁场下几何参数（直径D与长径比δ）对磁拓扑态（包括分数斯格明子-涡旋态、扭曲斯格明子态和螺旋态）的调控机制，阐明了交换作用（exchange）、各向异性（anisotropy）与Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）的协同效应，为自旋电子学（spintronics）器件设计提供了理论依据。

　　

Highlight

我们通过微磁模拟（Mumax3）研究了FeGe纳米线在1°倾斜磁场下的几何相空间，绘制了磁态随长径比（δ）和直径（D）变化的相图（图1a），识别出三个关键区域：分数斯格明子-涡旋态（红色方块）、扭曲斯格明子态（绿色方块）和螺旋态（紫色方块）。这些相变由纳米线几何结构驱动，表现为直径增大导致斯格明子态→扭曲斯格明子态→螺旋态的连续演化，揭示了交换作用、各向异性与DMI效应的动态博弈。

Results and discussion

三维磁化构型可视化显示，较小直径纳米线（高δ值）因强形状各向异性更易形成斯格明子。磁滞曲线表明，拓扑电荷（topological charge）和矫顽力（coercivity）随δ与D值显著变化，磁化反转过程中观察到自旋旋转（spin rotation）和相变现象。

Conclusions

本研究建立了FeGe纳米线磁态相图，证明几何参数（D和δ）通过调控交换作用、各向异性和DMI的平衡，决定斯格明子态（skyrmionic）、扭曲斯格明子态（twisted skyrmionic）和螺旋态（helical）的稳定性，为自旋电子器件（如高密度存储器）的磁拓扑态工程提供了设计准则。