利用纳米曲率调控布洛赫点畴壁能量景观的三维磁性纳米结构研究

本研究通过先进三维纳米加工技术在铁磁纳米线中引入可控纳米曲率，结合X射线磁显微技术，首次揭示了曲率诱导的对称性破缺对布洛赫点畴壁(BPDW)稳定性的调控机制。研究人员发现布洛赫点奇异结构在直线段稳定存在，并通过梯度曲率设计实现了非互易性布洛赫点移位寄存器，为拓扑逻辑器件开发提供了新思路。

　　

在拓扑磁性材料研究领域，布洛赫点(Bloch point)作为三维磁结构中的点缺陷，在斯格明子(skyrmion)和霍普夫子(hopfion)等拓扑纹理的成核过程中起着关键作用。然而，尽管大多数拓扑磁性研究集中在手性磁体，系统对称性对这种奇异点缺陷的影响机制仍属未知。Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids（马克斯·普朗克化学物理研究所）的Claire Donnelly团队在《Nature Communications》发表的研究，通过创新性地将几何曲率作为对称性调控手段，揭示了布洛赫点纹理与系统对称性的深刻关联。

研究采用聚焦电子束诱导沉积(FEBID)技术制备了曲率可调的钴纳米线，结合同步辐射X射线磁圆二色性(XMCD-PEEM)成像和原位磁场调控，首次实现了对布洛赫点畴壁(BPDW)能量景观的精确操控。关键技术包括：1）计算机辅助三维纳米打印技术制备曲率梯度纳米线；2）阴影模式X射线光电子发射显微镜实现悬浮纳米结构的磁构型解析；3）有限元微磁模拟分离奇异点与涡旋结构的能量贡献。

曲率诱导的对称性调控

通过设计半径250nm-2μm的曲率梯度区域，发现BPDW在直线段形成能量最低态。微磁模拟显示曲率增加导致静磁能上升，而交换能在曲率界面处骤降，这种竞争关系形成了明确的钉扎位点。

原子晶格钉扎效应

实验测得钉扎场在曲率趋近零时仍保持稳定值（约24mT），原子尺度模拟证实布洛赫点奇异性与晶格间距的相互作用是产生本征钉扎的原因。当模拟单元尺寸接近晶格常数(<1nm)时，钉扎场显著增强。

非互易性移位寄存器

通过交替曲率区域构建不对称势阱，实现BPDW单向运动。测量显示向右传播需29mT场强，而向左仅需24mT，这种定向输运行为由相邻曲率区域的不同能垒高度决定。

该研究首次阐明了几何曲率作为对称性调控手段对拓扑缺陷的深刻影响：1）证明直线段作为"对称性界面"可稳定布洛赫点纹理；2）建立曲率梯度与钉扎强度的线性关系；3）开发出基于纯几何效应的磁移位寄存器。这些发现不仅为手性磁体中复杂三维纹理的受控成核提供了新范式，其曲率调控策略更可拓展至超导体、范德瓦尔斯磁体等量子材料体系。研究展示的三维纳米架构与拓扑缺陷的协同调控，为高密度互联逻辑器件的发展开辟了新途径。