电流诱导的嵌入磁斯格明囊的生成与动力学

《Nature Communications》：Current-induced creation and dynamics of embedded magnetic skyrmion bags

　　

摘要

磁斯格明子囊——这种类似涡旋的结构能够容纳多个斯格明子，且其拓扑电荷（Q）可调节——为下一代自旋电子学计算带来了巨大潜力。虽然已经证明了可以通过磁场制造这类结构，但如何通过电信号直接生成它们仍是一个亟待解决的难题。在本研究中，我们报告了在零磁场条件下，利用直流电在FeGe纳米片中诱导形成并操控嵌入式的斯格明子囊。通过原位洛伦兹透射电子显微镜，我们观察到在纳秒级电流脉冲的作用下，扭曲的螺旋基态逐渐转变为具有多种构型的嵌入式斯格明子囊。理论分析表明，这一过程是由自旋传递扭矩导致螺旋态破裂所引发的。此外，我们还展示了如何通过电信号实现不同Q值斯格明子囊之间的转换，从而稳定复杂的三维拓扑结构，同时观察到了磁单极子和漂移子的实验特征。我们的研究为完全通过电信号控制高Q值的拓扑自旋结构及拓扑缺陷奠定了基础，为将其应用于功能性自旋电子器件铺平了道路。