近日，我院新能源材料与器件专业吴耀东与合作者在磁斯格明子原理性器件构筑方面取得重要进展，系列成果分别发表于《Nature Communications》和《Nano Letters》期刊。
图1 Nature Communications文章作者页
近年来，科学家们在磁性材料研究中发现一种涡旋状磁结构--磁斯格明子，因其具有独特的拓扑性、准粒子性、小尺寸、演生磁电输运和电流易驱动等特性，而成为天然的高密度存储信息载体，可用于构建随机存储等功能器件。
根据涡旋性，拓扑磁结构可分为斯格明子与反斯格明子。然而，当前对单个反斯格明子的电控操作一直未能实现，制约了其在实际器件中的应用。研究团队设计并制备了尺寸约为400纳米的FeNiPdP纳米结构，在该结构中成功稳定了单个反斯格明子。通过施加纳秒级电流脉冲，仅通过调节电流密度，即可实现反斯格明子的可逆创建与删除，并实现其与斯格明子、磁泡和铁磁态之间的可控拓扑转换。更为重要的是，这些电控操作在室温下依然稳定可靠，且具有高度的可重复性，为未来基于磁反斯格明子的器件集成奠定了基础。研究还通过微磁模拟揭示了其物理机制：自旋转移力矩和焦耳热效应共同作用，驱动了这些拓扑态的快速转变。该研究首次实现了对单个反斯格明子的全电控操作，展示了其在多态信息处理、拓扑存储器和可重构逻辑器件中的巨大潜力，为推动反斯格明子从基础研究走向实际应用迈出了关键一步。近期相关成果以“Current-controlled creations, deletions, and topological transformations of a single magnetic antiskyrmion in nanostructured cells (DOI: 10.1038/s41467-025-66814-5)”为题发表在《Nature Communications》期刊（中国科学院大类一区Top期刊，IF = 15.7）。
研究团队还提出并验证了斯格明子滑动开关存储原理性器件。研究团队制备了超窄90纳米宽FeGe受限桥结构，斯格明子与边界间的吸引相互作用在限域系统中诱导了自发的双能量势垒，斯格明子在双势垒间的来回运动可代表存储单元“1”和“0”。进一步，研究团队通过施加超短纳秒脉冲电流，实现了可控驱动斯格明子的左右往复运动，验证了滑动开关存储功能。基于斯格明子位移的随机存储方式避免了写入/删除操作中的拓扑转变，且可以利用自旋极化电流驱动斯格明子运动，而斯格明子的高速运动也能实现高速度存储，是更具通用性的高性能斯格明子随机存储方案。近期相关成果以“Skyrmion Sliding Switch in a 90 nm-Wide Nanostructured Chiral Magnet (DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c00781)”为题发表在《Nano Letters》期刊（中国科学院小类一区Top期刊，IF = 9.1）。
图2 Nano Letters文章作者页
图3 斯格明子滑动开关存储器原理图
该系列成果均以beat365唯一官方网站物理与材料工程学院为第一单位，物理与材料工程学院吴耀东为第一作者。学院高度重视学科专业内涵式建设，依托市校合作项目，购置了场发射高分辨电子扫描显微镜（FESEM）和物性测量系统（PPMS）等高精尖教科研设备，为学院教师高质量有组织科研和硕士点建设提供了有力的保障。另外，该研究工作得到了国家自然科学基金、中国博士后基金、安徽省科技厅、安徽省教育厅等项目的支持。（物理与材料工程学院 科研处）
