【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，南京大學(xué)物理學(xué)院陳宮課題組與北京大學(xué)羅昭初課題組合作，在反鐵磁拓?fù)浯艑W(xué)領(lǐng)域取得進(jìn)展。合作團(tuán)隊(duì)利用自旋極化低能電子顯微鏡(SPLEEM)，在垂直磁化的二維范德華反鐵磁材料(Fe1-xCox)3GaTe2體系中實(shí)現(xiàn)了高分辨率實(shí)空間磁疇成像，觀察到了本征手性自旋結(jié)構(gòu)，并通過(guò)溫度驅(qū)動(dòng)的反鐵磁-鐵磁相變，實(shí)現(xiàn)了反鐵磁斯格明子的可控寫入。
 

　　磁斯格明子是一種非平庸拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)，由于驅(qū)動(dòng)其運(yùn)動(dòng)所需的臨界電流很低，有望應(yīng)用于下一代低功耗、高密度自旋電子器件。傳統(tǒng)鐵磁斯格明子由于受斯格明子霍爾效應(yīng)影響，其器件應(yīng)用受到限制，層間反鐵磁耦合體系具有無(wú)凈磁矩、抗外場(chǎng)擾動(dòng)、抑制斯格明子霍爾效應(yīng)以及高電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度等優(yōu)勢(shì)，在低功耗拓?fù)渥孕娮訉W(xué)器件中具有重要應(yīng)用前景。然而，在范德華層狀反鐵磁材料中，層間強(qiáng)反鐵磁交換作用也導(dǎo)致其相鄰層間磁矩相互補(bǔ)償，對(duì)其中拓?fù)渥孕Y(jié)構(gòu)的實(shí)空間觀測(cè)與調(diào)控仍面臨巨大挑戰(zhàn)。
 

　　合作團(tuán)隊(duì)選擇具有A型反鐵磁序的范德華材料(Fe0.81Co0.19)3GaTe2(FCGT)作為研究對(duì)象，該體系具有層內(nèi)鐵磁、層間反鐵磁耦合的特征，并在約170 K附近發(fā)生反鐵磁-鐵磁相變。利用SPLEEM對(duì)FCGT的自旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實(shí)空間成像，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)體系在高溫鐵磁相和低溫反鐵磁相中均呈現(xiàn)條紋狀磁疇，但跨越單原子層臺(tái)階時(shí)的磁襯度行為明顯不同：高溫鐵磁相中磁疇在奇數(shù)層臺(tái)階處保持連續(xù)，而低溫反鐵磁相中則發(fā)生磁襯度反轉(zhuǎn)，直觀確認(rèn)了體系具有A型反鐵磁層間耦合特征。
 

　　在范德華鐵磁體Fe3GaTe2(FGT)中，研究團(tuán)隊(duì)能夠直接觀察到具有Néel-cap結(jié)構(gòu)的手性疇壁；但在FCGT裸表面未能分辨出清晰的疇壁結(jié)構(gòu)。為此，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)沉積亞單層Co，在Co/FCGT體系中觀察到了具有右手手性的疇壁結(jié)構(gòu)。結(jié)合與FGT體系的對(duì)比分析，結(jié)果表明FCGT中存在內(nèi)稟的Dzyaloshinskii-Moriya反對(duì)稱交換相互作用(DMI)。
 

　　更為重要的是，由于反鐵磁材料通常對(duì)外場(chǎng)不敏感，因此難以直接在反鐵磁相中利用磁場(chǎng)寫入磁結(jié)構(gòu)。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，可以借助反鐵磁-鐵磁相變實(shí)現(xiàn)對(duì)磁結(jié)構(gòu)的間接調(diào)控：通過(guò)在鐵磁相中施加外部磁場(chǎng)，成功寫入斯格明子結(jié)構(gòu)；隨后在零場(chǎng)下降溫至反鐵磁相，實(shí)現(xiàn)了鐵磁斯格明子向反鐵磁相的映射，從而實(shí)現(xiàn)了反鐵磁斯格明子的可控寫入。此外，團(tuán)隊(duì)還利用微磁學(xué)模擬研究了反鐵磁斯格明子的動(dòng)力學(xué)，發(fā)現(xiàn)在具有偶數(shù)層補(bǔ)償?shù)捏w系中，斯格明子霍爾效應(yīng)能夠被完全抑制，其電流驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)效率顯著優(yōu)于傳統(tǒng)鐵磁體系。
 

　　該研究加深了人們對(duì)二維反鐵磁材料中拓?fù)渥孕Y(jié)構(gòu)觀測(cè)與調(diào)控機(jī)制的理解。成果以“Real-Space Imaging and Control of Topological Spin Textures in a van der Waals Antiferromagnet”為題，于2026年5月13日在線發(fā)表于Nature Communications。本項(xiàng)工作中，南京大學(xué)物理學(xué)院博士生程致遠(yuǎn)為第一作者，南京大學(xué)陳宮和北京大學(xué)羅昭初為該工作的通訊作者。論文合作者還包括北京大學(xué)楊金波、彭麗聰、林中沖、韓國(guó)慶熙大學(xué)Hee Young Kwon、Changyeon Won、復(fù)旦大學(xué)吳義政、安徽大學(xué)馬天平、楊蒙蒙、南京大學(xué)丁海峰、于葛亮、郝玉峰、孫亮、繆冰鋒、杜人君等。該項(xiàng)研究獲得了南京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、固體微結(jié)構(gòu)物理全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及江蘇省量子信息科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持，并獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目、江蘇省“雙創(chuàng)計(jì)劃”、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、江蘇省自然科學(xué)基金以及上海市科技重大項(xiàng)目等項(xiàng)目資助，在此一并致謝。
 

　　引用：物理學(xué)院陳宮課題組與合作團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)范德華反鐵磁材料中拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)的觀測(cè)與調(diào)控 南京大學(xué)【引用時(shí)間：2026年5月26日】