清华物理系江万军研究组在拓扑自旋电子学领域取得进展

清华物理系江万军研究组在拓扑自旋电子学领域取得进展

清华新闻网9月15日电 9月14日，清华大学物理系、低维量子物理国家重点实验室江万军助理教授应邀在物理类综述期刊《物理报道》（Physics Reports）上在线发表综述文章《磁性多层膜中的斯格明子》（“Skyrmions in magnetic multilayers” ）。

该综述文章详实地讨论了当前斯格明子材料体系的研究趋势，包括斯格明子的物理起源、材料设计与优化、拓扑输运物理、原型功能器件，同时也指出了本领域内面临的挑战。

近年来随着拓扑量子材料的蓬勃发展，磁学领域内也衍生出了一个新兴的学科——拓扑自旋电子学。拓扑自旋电子学以寻找、研究、利用新型拓扑自旋结构为核心，其典型研究对象为自旋实空间中具有拓扑保护属性的磁性斯格明子（magnetic skyrmion）。来源于其拓扑特性，微纳米尺度的斯格明子可以被非常微弱的电流高效驱动。因而被业界认为是下一代高密度、高速度、低耗能、非易性自旋存储器件中的优良信息载体。在潜在产业应用的同时，斯格明子实空间自旋拓扑态也给予了丰富的拓扑输运物理现象，譬如拓扑霍尔效应（topological Hall effect）、新兴磁电动力学（emerging magneto-electrodynamics）、斯格明子的霍尔效应（skyrmion Hall effect）等等。因此，对拓扑磁性斯格明子，尤其是室温下的斯格明子的基础研究不但能揭示、预测、理解这些有趣的拓扑量子物理，同时也能为下一代新型自旋拓扑存储器件做好知识与技术储备。

在此领域，江万军助理教授取得了一系列前期重要结果[《科学》（Science）, 349, 283 ()以及《自然物理》（Nature Physics）13, 162 ()]。该综述文章能为更好地开发磁性斯格明子新型材料与器件、推动拓扑自旋电子学的发展理清思路。

磁性多层膜中斯格明子的特征优势。

图A所示为具有界面反演对称破缺的磁性双层膜。图B所示为该材料体系中的奈耳态斯格明子（左）。及其拓扑图像（右）。该材料体系中的强自旋霍尔效应（图C），可以用来高效操控磁性斯格明子（图D）。

该项工作得到了科技部重大研发计划、清华大学人才引进计划、清华大学低维量子物理国家重点实验室自主科研计划以及北京未来芯片技术高精尖创新中心的经费资助。该论文的第一作者和通讯作者均为清华大学物理系江万军助理教授。合作作者包括：美国加州大学戴维斯分校物理系的陈宫博士、刘凯教授，美国新罕布什尔州大学物理系的臧佳栋教授，美国阿贡国家实验室材料学部的苏珊·菲特豪斯（Suzanne te Velthuis）以及阿克萨·霍夫曼（Axel Hoffmann）博士。

文章全文链接：

/science/article/pii/S0370157317302934

供稿：物理系 编辑：徐静