安徽大學網(wǎng)站7月16日消息，近期，安徽大學新型拓樸磁性材料與內(nèi)存件杜海峰團隊，利用聚焦離子束微奈器件制備技術，制備出了世界上最小尺寸的斯格明子賽道器件單元（賽道寬度：100 nm），結合高時空分辨原位洛蘭茲電鏡技術，實現(xiàn)了奈秒電脈沖驅(qū)動下，100 nm寬度賽道中80 nm磁斯格明子一維、穩(wěn)定、高效的運動，為構筑高密度、高速度、可靠的新型拓樸磁電子學器件提供了重要支撐。相關研究成果以、〈80 nm 斯格明子在100 nm賽道中的穩(wěn)定運動〉為題發(fā)表在《自然-通訊》上（Doi：10.1038／s41467-024-49976-6）。

安徽大學物質(zhì)科學與信息技術研究院教授宋東升為論文第一作者，雙聘教授杜海峰為通訊作者，強磁場科學中心博士張水森和研究員劉藝舟，華南理工大學教授鄭風珊，德國于利希研究中心教授Rafal E. Dunin-Borkowski，美國新罕不什爾大學臧家棟，安徽大學物科院教授王偉偉和物理與光電工程學院教授田明亮為論文重要合作者。

2009年，德國科學家在一類手性金屬磁性材料中，發(fā)現(xiàn)一種具有非平庸拓樸特性的磁結構，稱之為磁斯格明子。其具有尺寸小、穩(wěn)定性高、電流易操控等優(yōu)點，有望作為下一代數(shù)據(jù)載體，用于構筑新型的磁電子學器件。實現(xiàn)電流驅(qū)動下磁斯格明子在納米賽道中穩(wěn)定、可控的運動，是器件構筑中最核心的問題之一。

然而，在過去15年研究中，有兩個關鍵問題仍未得到有效解決：（1）器件特征尺寸太大，目前實驗上展示的最小條帶寬度大于400 nm，不符合器件的高密度要求；（2）斯格明子霍爾效應：磁斯格明子由于其自身獨特的拓樸屬性，在運動過程中產(chǎn)生偏轉，這會導致其運動軌跡不可控，并且容易在賽道邊界消失，是器件構筑的重要障礙。

針對這兩個問題，杜海峰團隊發(fā)展了器件結構單元聚焦離子束加工制備技術，設計制備出厚度均勻、邊界／表面平整、非晶層厚度小于2 nm的高質(zhì)量FeGe納米條帶（長度：10 μm；寬度：100 nm），為寬度目前報導的最小尺寸；研制了透射電鏡原位加電芯片，擴展了洛蘭茲透射電鏡原位加電功能。

通過控制電流脈沖寬度及電流密度，利用賽道邊界的邊緣態(tài)磁結構穩(wěn)定斯格明子運動，實現(xiàn)了單個80 nm大小的磁斯格明子在100 nm FeGe賽道中的一維、穩(wěn)定運動。實驗實現(xiàn)：器件特征尺寸約100 nm；最小有效電流脈沖寬度2 ns；最大運動速度接近100 m／s；斯格明子霍爾角為0°。這些結果展示了納米賽道中磁斯格明子高速、穩(wěn)定的運動特性，為基于磁斯格明子器件的構筑奠定了基礎。