X射线诱导发生单个零场斯格明子及其二维人工晶体

磁斯格明子具有尺度小和易电流驱动的长处，被以为可以应用于下一代高能效、高密度的磁性存储器傍边。而斯格明子的准确发生则是进一步研讨斯格明子物理特性及相关器材的条件。最近，中国科学院物理研讨所/北京凝聚态物理国家研讨中心磁学国家要点实验室M02课题组的光耀同学、刘艺舟博士、于国强特聘研讨员、韩秀峰研讨员等人与德国马克斯普朗克智能系统研讨所Gisela Schütz教授团队、美国加州大学洛杉分校Yaroslav Tserkovnyak教授团队、兰州大学彭勇教授团队协作，使用一种具有高时空分辩率的软X射线磁性成像技能，在室温零场条件下成功诱导发生100 nm尺度的斯格明子。斯格明子的发生机制是由X射线诱导的交流偏置再定向效应所主导的。除准确地发生单个斯格明子外，他们还使用X射线发生了多种结构的斯格明子二维“人工晶体”。

该项研讨使用扫描透射X射线显微镜(STXM)对[Pt/Co/IrMn]n交流偏置多层膜结构进行了系统的研讨，初次发现X射线辐照可以诱导反铁磁序的重取向，从而完成了反铁磁序以及与之耦合的铁磁序的高空间分辩光学调控。使用这一现象，研讨团队首要成功地在迷宫畴的布景下完成了零外磁场下的恣意形状单畴磁区域，如图1所示。使用X射线在单畴区域扫描特定小尺度区域，还可以精准定位发生单个斯格明子。更进一步，经过大面积的位点扫描，成功地结构出了斯格明子阵列，如三角、正方和kagome三种构形(图二)。

图1. X射线诱导的交流偏置再定向效应。a为同步辐射X射线经过在笔直磁场(H)下扫描闭合区域诱导发生均匀的交流偏置，箭头表明正的磁场方向，b为同步辐射X射线扫描后在零外磁场下测到的物理所(IOP)标志；c-e为对应的四分之三扫面透射X射线显微镜数据截面图和相应的交流偏置示意图，IrMn层箭头表明界面笔直方向的反铁磁序。b和e中标尺条为1μm。

该项研讨为调控反铁磁序磁结构供给了一种新的思路，使用这种办法还有望进一步推进在交流偏置系统中完成反铁磁斯格明子。因为X射线的短波长特性，该办法有望用于调控小于10 nm尺度的反铁磁序，极大的提高了光控磁的空间分辩率。该项研讨还能鼓励更多使用X射线办法操控磁序的研讨，进一步推进磁性材料中针对磁序的高空间分辩率光学调控。

图2. X射线诱导单个斯格明子及斯格明子晶体的发生。a为X射线诱导发生的闭合单畴条(白色虚线矩形框)；b为操控X射线在单畴区域上精准发生的两个斯格明子；c-d分别为X射线在单畴区域写入的三角和正方斯格明子人工晶体。d中的标尺条为1μm。

相关作业已在《天然-通讯》杂志上宣布[Y. Guang, I. Bykova, Y. Liu, G. Q. Yu, E. Goering, M. Weigand, J. Gr fe, S. K. Kim, J. Zhang, H. Zhang, Z. Yan, C. Wan, J. Feng, X. Wang, C. Guo, H. Wei, Y. Peng, Y. Tserkovnyak, X.F. Han, G. Schütz,Nat. Commun. 11 (2020) 949]。

该项研讨得到了科技部、国家天然科学基金委员会、北京市天然科学基金、中科院前沿科学要点研讨方案等有关项目的支撑。