MnNiGa中取向磁性biskyrmion态的小角中子散射研究

　　近年来，量子材料的研究已经成为凝聚态物理领域的新热点。量子材料通常具有非平凡的拓扑特性。磁性斯格明子（skyrmion）材料是一类具有纳米尺度的拓扑自旋涡旋结构的量子材料。因其具有拓扑及超低电流密度驱动等特性，在基础理论研究及器件化商业应用研究等领域得到了广泛关注。磁性双斯格明子（biskyrmion）是由两个手性相反的skyrmion耦合到一起形成的类skyrmion分子的拓扑磁涡旋结构（图1）。中国科学院物理研究所研究员王文洪和副研究员张颖等使用LTEM对MnNiGa体系中的biskyrmion态做了大量详细的研究，但尚不清楚此类新型MnNiGa块体材料中的biskyrmion属性。

　　中科院物理所/北京凝聚态物理国家研究中心中子组研究员王芳卫指导博士生李西阳，联合物理所磁学室王文洪及英国牛津大学物理系教授Thorsten Hesjedal和博士张石磊等合作者，使用小角中子散射（SANS）技术，结合数值模拟，对MnNiGa块体材料进行了详细研究。单相多晶样品的实验结果验证了块体中同样存在biskyrmion（图1），发现与传统的skyrmion一样，biskyrmion可以在块体材料中形成贯穿样品的管状结构。单晶SANS实验发现：尽管biskyrmions在ab晶面空间分布无序，但每个skyrmion自身具有趋于一致的取向（图2），结合数值模拟及磁性测量数据发现此极化特性是由材料的磁晶各向异性导致的。这一额外的自由度在信息存储方面具有潜在的应用价值。