近日，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所楊洪新團(tuán)隊(duì)以《晶體對(duì)稱保護(hù)的二維磁體中各向異性反對(duì)稱交換耦合和拓?fù)浯判浴窞轭}，在《納米快報(bào)》發(fā)表最新成果。
楊洪新介紹，從2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，二維材料的數(shù)量就呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，但這些材料都不帶磁性。事實(shí)上，科學(xué)家們甚至不確定會(huì)不會(huì)有二維磁體，直到2017年，研究人員首次實(shí)驗(yàn)上合成了二維磁體。該發(fā)現(xiàn)為二維材料以及自旋電子學(xué)和磁學(xué)的研究拓展了新領(lǐng)域，為發(fā)展高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備提供更優(yōu)選擇，為信息科學(xué)領(lǐng)域提供重大機(jī)遇。
而磁斯格明子是一種拓?fù)浔Ｗo(hù)實(shí)空間的非共線磁渦旋準(zhǔn)粒子，具有納米尺寸、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易調(diào)控、驅(qū)動(dòng)閾值電流小等諸多優(yōu)點(diǎn)，有望成為下一代高容量、高速讀寫、低功耗、非易失性信息存儲(chǔ)及邏輯運(yùn)算的信息載體。磁斯格明子的形成、穩(wěn)定和運(yùn)動(dòng)和反對(duì)稱交換耦合（Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，以下簡(jiǎn)稱為DMI）緊密關(guān)聯(lián)。DMI作為基本磁相互作用，又有著深刻的內(nèi)稟物理性質(zhì)，最近20年受到了基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。
與此同時(shí)，近年發(fā)現(xiàn)的二維范德華磁體也因其獨(dú)特的物理特性，獲得了科學(xué)家的廣泛關(guān)注。楊洪新帶領(lǐng)的量子功能材料團(tuán)隊(duì)通過理論研究并與實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作證明，磁斯格明子、雙半子和手性疇壁均可以通過各向同性DMI在具有Cnv點(diǎn)群的二維本征磁體（如Janus磁體和單層多鐵材料）以及基于二維磁體的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)。然而在二維磁體中的各向異性DM相互作用以及反鐵磁拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)尚未有過報(bào)道。
在此次發(fā)表的成果中，楊洪新團(tuán)隊(duì)提出并證明，具有p-4m2空間群的二維磁性材料AX2，天然具有對(duì)稱性保護(hù)的各向異性DMI，并揭示了該材料體系中存在的諸多新奇鐵磁/反鐵磁拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)。這一類材料可以使基于拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)的自旋電子器件具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和更高的運(yùn)行效率，為構(gòu)建晶體對(duì)稱性保護(hù)的DMI和拓?fù)涫中源沤Y(jié)構(gòu)提供了嶄新的思路與方法及材料儲(chǔ)備。
《納米快報(bào)》審稿人認(rèn)為，研究者們對(duì)在現(xiàn)實(shí)材料系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)各向異性DMI有著濃厚的興趣，這項(xiàng)研究使反斯格明子成為可能，非常及時(shí)。并且，AX2材料家族可能擁有不同拓?fù)浞诸惖淖孕棙?gòu)，因此該成果甚至可能會(huì)對(duì)整個(gè)二維磁體研究領(lǐng)域產(chǎn)生影響。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c04803
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