我国科学家首次实验验证二维磁性材料纳米结构磁浮子

   在国家自然科学基金项目（项目编号：51622105、11474290）等资助下，中国科学院强磁场科学中心杜海峰研究员和德国尤利西研究中心R.E. Dunin-Borkowski教授团队及N.S. Kiselev博士研究小组合作，利用电子全息技术在准二维手性磁性材料纳米结构中发现一种称之为“磁浮子”的新型三维局域磁结构。研究结果以“Experimental observation of chiral magnetic bobbers in B20-type FeGe”（在B20型FeGe中实验观测到手性磁浮子）为题，于2018年6月发表在Nature Nanotechnology《自然•纳米技术》上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-018-0093-3。

　　2009年德国科学家C.Pfleiderer等首次利用中子散射技术在手性磁性材料中观察到磁性斯格明子（Skyrmion）。磁性斯格明子具有尺寸小、稳定性高和易操控等特点，可以作为基本数据比特来构建高密度、高速度、低能耗的新一代磁存储器。斯格明子一直被认为是此类材料中唯一存在的局域磁结构，只能作为二进制数据比特中“1”或“0”其中一个，很难实现“0”和“1”不同数据比特分辨。2015年德国科学家N. S. Kiselev等通过理论预言在一定厚度的手性磁性材料中还存在另一种磁结构—手性磁浮子 (Chiral Magnetic Bobber)，但这一磁结构从未在实验中得到证实。

　　最近，杜海峰研究员等利用聚焦离子束技术制备了高质量的FeGe纳米结构样品，利用电子全息技术首次在实空间中直接观测到磁浮子，并且进一步发现磁浮子可以与斯格明子共存，如图。该磁浮子是漂浮在材料表面的一种新型局域磁结构，和斯格明子一起可以作为数据比特“0”和“1”应用到存储器设计中。该结果不仅在实验上验证了手性磁浮子的存在，同时还为相关的存储器件设计提供了实验依据。

图. 斯格明子及磁浮子的自旋排列（左）；由斯格明子及磁浮子作为数据载体构成的数据流，以及相应数据存储示意图（右）。