霍普菲子,即几十年前预测的磁自旋结构,近年来已成为一个热门且具有挑战性的研究课题。在今天发表在《自然》杂志上的一项研究中,第一个实验证据是由瑞典-德国-中国研究合作提出的。

乌普萨拉大学物理与天文学系研究员菲利普·里巴科夫说:“我们的结果从基础和应用的角度来看都很重要,因为在实验物理和抽象数学理论之间出现了一座新的桥梁,有可能导致霍普菲翁在自旋电子学中找到应用。”,瑞典。

深入了解材料的不同成分如何发挥作用,对于创新材料和未来技术的发展至关重要。例如,自旋电子学的研究领域,即研究电子的自旋,为将电子、电和磁结合用于新电子等应用开辟了很有希望的可能性。

磁性skyrmions和hopfion是拓扑结构——由于其独特的类粒子性质,在过去十年中一直是一个热门的研究课题,这使它们成为自旋电子学应用的有前途的对象。skyrmion是二维的,类似于漩涡状的弦,而hopfion是磁性样品体积内的三维结构,在最简单的情况下,类似于闭合、扭曲的skyrmion弦,呈圆环形状(图1)。

尽管近年来进行了广泛的研究,但仅在合成材料中直接观察到磁性霍普菲翁。目前的工作是使用透射电子显微镜和全息照相术在B20型FeGe板晶体中稳定此类状态的第一个实验证据(图2)。结果具有很高的可重复性,并且与微磁模拟完全一致。研究人员提供了统一的skyrmion–hopfion同伦分类,并对三维手征磁体中拓扑孤子的多样性提供了见解。

这些发现在实验物理中开辟了新的领域:识别其他hopfion稳定的晶体,研究hopfion如何与电流和自旋相互作用,hopfion动力学,等等。

“由于该物体是新的,其许多有趣的性质仍有待发现,因此很难预测具体的自旋电子学应用。然而,我们可以推测,在升级到几乎所有使用磁性天龙开发的技术的第三维度时,霍普菲昂可能最感兴趣:赛道记忆、神经形态计算和量子比特(量子信息的基本单位)。与skyrmion相比,hopfion具有额外的自由度,因为它具有三维性,因此可以在三维而不是二维移动,”Rybakov解释道。

有关更多信息,请联系:Philipp Rybakov博士,乌普萨拉大学材料理论物理与天文学系博士后研究员,Philipp.Rybakov@physics.uu.se


文章参考:
Zheng,F.,Kiselev,N.S.,Rybakov,F.N.等人。立方手征磁体中的Hopfion环《自然》(2023),内政部:10.1038/s41586-023-06658-5,https://www.nature.com/articles/s41586-023-06658-5

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