近日，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所楊洪新團隊以《晶體對稱保護的二維磁體中各向異性反對稱交換耦合和拓撲磁性》為題，在《納米快報》發(fā)表最新成果。
楊洪新介紹，從2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，二維材料的數(shù)量就呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，但這些材料都不帶磁性。事實上，科學(xué)家們甚至不確定會不會有二維磁體，直到2017年，研究人員首次實驗上合成了二維磁體。該發(fā)現(xiàn)為二維材料以及自旋電子學(xué)和磁學(xué)的研究拓展了新領(lǐng)域，為發(fā)展高密度數(shù)據(jù)存儲設(shè)備提供更優(yōu)選擇，為信息科學(xué)領(lǐng)域提供重大機遇。
而磁斯格明子是一種拓撲保護實空間的非共線磁渦旋準粒子，具有納米尺寸、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易調(diào)控、驅(qū)動閾值電流小等諸多優(yōu)點，有望成為下一代高容量、高速讀寫、低功耗、非易失性信息存儲及邏輯運算的信息載體。磁斯格明子的形成、穩(wěn)定和運動和反對稱交換耦合（Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，以下簡稱為DMI）緊密關(guān)聯(lián)。DMI作為基本磁相互作用，又有著深刻的內(nèi)稟物理性質(zhì)，最近20年受到了基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
與此同時，近年發(fā)現(xiàn)的二維范德華磁體也因其獨特的物理特性，獲得了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。楊洪新帶領(lǐng)的量子功能材料團隊通過理論研究并與實驗團隊合作證明，磁斯格明子、雙半子和手性疇壁均可以通過各向同性DMI在具有Cnv點群的二維本征磁體（如Janus磁體和單層多鐵材料）以及基于二維磁體的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)。然而在二維磁體中的各向異性DM相互作用以及反鐵磁拓撲磁結(jié)構(gòu)尚未有過報道。
在此次發(fā)表的成果中，楊洪新團隊提出并證明，具有p-4m2空間群的二維磁性材料AX2，天然具有對稱性保護的各向異性DMI，并揭示了該材料體系中存在的諸多新奇鐵磁/反鐵磁拓撲磁結(jié)構(gòu)。這一類材料可以使基于拓撲磁結(jié)構(gòu)的自旋電子器件具有更簡單的結(jié)構(gòu)和更高的運行效率，為構(gòu)建晶體對稱性保護的DMI和拓撲手性磁結(jié)構(gòu)提供了嶄新的思路與方法及材料儲備。
《納米快報》審稿人認為，研究者們對在現(xiàn)實材料系統(tǒng)中實現(xiàn)各向異性DMI有著濃厚的興趣，這項研究使反斯格明子成為可能，非常及時。并且，AX2材料家族可能擁有不同拓撲分類的自旋織構(gòu)，因此該成果甚至可能會對整個二維磁體研究領(lǐng)域產(chǎn)生影響。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c04803
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