SHMFF用户在反铁磁拓扑磁结构的研究中取得重要进展

近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户半导体超晶格国家重点实验室（中科院半导体研究所）王开友研究员课题组、常凯院士课题组，利用SHMFF高灵敏磁力显微镜系统（MFM），首次在天然金属反铁磁Mn3Sn/Pt异质结构中实现了室温斯格明子的发现。相关研究成果发表在Advanced Materials上。

ChatGPT等人工智能的崛起吸引了众多关注，其核心硬件基础是大型数据中心，他们的进一步发展依赖于“更小”“更快”“更冷”的新型磁存储器的突破。反铁磁材料因具有抗外磁场性强、超快响应速度、杂散场低等优点，被视为下一代高速、高密度磁存储理想材料。鉴于反铁磁净磁矩为零且磁结构演变较复杂，如何实现反铁磁中磁结构，尤其是对斯格明子等新颖拓扑纳米磁存储单元的实空间观测和调控研究是当前自旋电子学领域的重要研究前沿。

在本工作中，研究团队在Mn3Sn/Pt异质结构中，通过界面Dzyaloshinskii–Moriya相互作用的调控，诱导出可观的拓扑霍尔效应。更重要的是，MFM实空间成像直接论证了室温斯格明子的存在，并给出了尺寸、密度等重要信息以及斯格明子完整的成核、演变、湮灭过程。更进一步，MFM结果配合第一性原理Monte Carlo模拟确定其自旋构型为Bloch型，并发现了温度诱导的斯格明子-反铁磁类半子（meron-like）的拓扑自旋构型转变，确定其机制为反铁磁交换相互作用的温度依赖。该工作为基于反铁磁材料体系的斯格明子自旋电子学器件的搭建提供了理论基础和应用方向。