磁 skyrmion是具有手性自旋的纳米磁畴结构单元。由于其拓扑保护稳定性好，驱动电流密度低（比驱动传统畴壁低5～6个数量级），对磁场、温度、电场等多种物理效应响应灵敏，被认为是高密度的理想信息载体，未来高速低功耗存储设备
磁控管存储设备的设计主要基于赛道存储的概念，即磁控管的产生、消失和连续运动由自旋极化电流驱动，然后读取磁控管负载信息。最近的理论研究表明，自旋极化电流不仅可以在磁控管上执行上述操作，还可以精确调节其拓扑自旋结构，例如利用电流驱动磁控管空间中的自旋手性反转。这种规定将多态存储的概念引入了传统二进制存储领域，极大地丰富了磁控管存储器件的设计思想和构造方法，对磁控管的应用扩展和基本物理性能研究具有重要的科学意义，是研究领域 关注 的科学问题之一
近年来，中科院物理研究所M05研究组/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室围绕设计进行了一系列系统研究，新型磁积分器的性能调节和器件物理，先后获得了两种具有自主知识产权的新型磁积分器mnniga和fe3sn2【adv. mater.28，6887】(二千零一十六); 高级材料。29, 1701144 (二千零一十七)]在这两个新系统的物理特性调节和器件物理方面取得了一系列进展。例如，在高质量的fe3sn2单晶合金中，获得了创纪录的宽温度范围稳定的磁性sigmingon单列结构【nano lett.181274(二千零一十八)]并设计和开发了新的空间几何约束技术来调节磁模式器的拓扑状态[]； 在普林斯顿大学和其他相关学科的合作下，在fe3sn2单晶合金中观察到了电子结构的向列和各向异性拓扑状态[]； 最近，在mnniga合金中实现了用水平磁场控制磁振子的自旋手性(二千零一十九)]。 这些前期研究的积累，初步验证了两种新材料制作高密度磁存储器件的可行性，为研究电流调节磁信号的拓扑自旋结构奠定了物质和物理基础，该研究小组的博士后研究员（目前在华南师范大学工作）、博士生李航、博士生丁蓓和研究人员王文宏在磁自旋手性的调控和机制研究方面取得了重要进展。他们在前人fe3sn2研究工作的基础上，通过空间几何约束的方法获得了具有高温稳定性的磁性sigmingon单列结构。同时
组合 专注于离子束和微纳处理技术，我们成功制备了单列磁控管微纳器件，并实现了 30 K（100×16 124；30 K）在温度区域内等距规则排列（图1）。随后，他们使用高分辨率洛伦兹透射电子显微镜和电流脉冲技术实时观察磁振子的电流驱动自旋手征反转。如图2所示，当施加脉冲电流的能量密度达到109～1010a/m2的阈值（比驱动传统畴壁的能量密度低2～3个数量级）时，磁振子自旋排列的手性在逆时针和右顺时针之间交替。此外，它们 _uu连接 通过微磁理论模拟，获得了自旋手征反转过程的完整物理图像。如图3所示，当具有小能量的极化电流通过单列磁致伸缩微纳器件时，在自旋传递力矩的作用下，几何受限磁致伸缩的形状将发生畸变。然而，由于拓扑保护，畸变磁敏子的拓扑自旋结构不会改变。由于左手手征磁振子和右手手征磁振子具有相同的能量，当注入的极化电流能量足以穿过两个自旋态之间的势垒时，磁振子的自旋手性将在自旋转移力矩驱动的左手和右手之间持续反转，整个磁振子（左手->右旋或右旋->翻转过程只需几纳秒
这项工作所揭示的几何约束磁卡明斯自旋手征反转的物理图像不仅对研究磁卡明斯自旋结构的多场调控具有重要价值，而且对磁卡明斯材料和器件的应用也具有重要的指导意义。相关工作的核心成果如下：；铜rrent- 纳米结构受挫磁体中单个Skyrmionic气泡链的诱导螺旋度反转；这项工作得到了科技部（2017yfa0\u 30\3202）、国家自然科学基金（11574137、1160418、11874410、1197429861961136006）和中国科学院（KJZD）的支持- SW-M01）和其他项目。沙特阿拉伯国王科技大学的张希祥教授、香港中文大学（深圳）的周燕教授和日本东京大学的本智子 ezawa教授也参与了合作研究
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acsnano.8b09689
/doi/10.1002/adma。201904815
图1.基于fe3sn2单晶合金的单链磁性sigmingon微纳器件
图2.电流驱动fe3sn2单晶中磁控管自旋手征反转的实验研究
编辑：Tim