與Skyrmion態相關的螺旋磁有序體系的磁性研究

《與Skyrmion態相關的螺旋磁有序體系的磁性研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由張蕾擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：與Skyrmion態相關的螺旋磁有序體系的磁性研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張蕾
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

磁性Skyrmion態是一種渦旋狀的自旋有序構型，由於其具有低能耗、高密度、高穩定等優點，在自旋電子存儲方面具有重要的潛在套用價值，預期存儲密度可比目前磁存儲設備提高約20倍。然而，由於其只存在於特定的磁場溫度區間，限制了在自旋電子器件方面的套用，因此提高Skyrmion態的存在溫度、探索其穩定機制是亟待研究的問題。本質上，Skyrmion態是自旋、晶格、軌道等多種相互作用競爭和平衡的結果，這導致了Skyrmion材料具有磁量子相變、反常霍爾效應、非費米液體、三重臨界等新奇的物理現象，因此也是研究電子強關聯的理想體系。本項目擬通過臨界行為的分析揭示其微觀磁性、通過電子自旋共振的研究澄清Skyrmion晶格運動的自旋動力學、通過極端條件等手段探索其中自旋、軌道、晶格相互作用的物理機制。本項目的開展，從基礎物理方面探索提高Skyrmion態的存在溫度和穩定性的本質機制，為其套用提供物理依據。

結題摘要

由於拓撲保護、納米尺寸、低電流驅動等特性，使得磁性斯格明子具有高穩定性、高密度、低能耗等優點，在自旋電子學方面具有重要的潛在套用價值。本項目研究了與磁斯格明子相關的拓撲磁有序材料，包括斯格明子、雙斯格明子、手性磁孤子等拓撲磁結構材料。本項目首先致力於探索新型磁斯格明子材料，發現了新型氮化物斯格明子材料Fe1.5-xCoxRh0.5Mo3N。進而對接近室溫的斯格明子材料FeGe的臨界行為進行了研究。通過對Fe1-xCoxSi的自旋耦合作用探索，揭示了自旋維度在斯格明子形成過程中的作用。對雙斯格明子體系Gr11Ge19的研究，揭示了其中的磁性相互作用。此外，對手性拓撲磁孤子材料CrNb3S6，YbNi3Al9等的磁性和磁熵等進行了研究，並建立了相圖。從實驗上發現了一種新的手性磁孤子材料MnNb3S6，對其磁性耦合作用進行了研究並建立的相圖。最近研究表明二維鐵磁Fe3GeTe2和Cr2Ge2Te6通過電流脈衝或者磁場可以誘導出斯格明子，並形成六邊形的斯格明子晶格。我們對其各向異性的磁性耦合進行了研究，發現了磁場依賴的自旋耦合作用。此外，還對其它相關的磁場誘導相變材料進行了研究。通過本項目的開展，對與斯格明子相關的螺旋磁有序材料進行了系統的研究，揭示了自旋維度在斯格明子形成中的作用、分析了自旋耦合機制、建立了相圖等。這些研究結果，揭示了微觀自旋互作用、澄清了斯格明子晶格運動的自旋動力學、探索了自旋、軌道、晶格相互作用的物理機制，從基礎物理方面認識了斯格明子相的形成、穩定、相互作用的機理，對其器件化套用具有重要意義。本項目開展達到了預定的研究目標，建立的廣泛的國際和國內合作，培養了4名研究生。本項目的研究成果主要以科研論文的形式發表於學術期刊。已發表的與本項目相關的SCI論文32篇（均致謝該課題），包括Physical Review Applied 1 篇，Physical Review B 7篇（Nature Index）【其中一篇被選為Rapid Communication，一篇被選為Kaleidoscope】，New Journal of Physics 1篇，受《物理學報》邀請撰寫綜述論文1篇，其它SCI論文22篇。