人民網(wǎng)廣州11月24日電 （寧玉瑛）據(jù)華南理工大學(xué)消息，華南理工大學(xué)鄭風(fēng)珊教授聯(lián)合德國于利希研究中心彼特·格林伯格研究所Nikolai S. Kiselev博士、Stefan Blügel教授，瑞典烏普薩拉大學(xué)博士Filipp N. Rybakov博士，北京工業(yè)大學(xué)楊魯巖博士和德國于利希研究中心恩斯特·盧斯卡電鏡中心石文博士、Rafal E. Dunin-Borkowski教授等學(xué)者，首次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磁霍普夫子（Hopfion）。相關(guān)成果以“Hopfion rings in a cubic chiral magnet”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上。合肥強(qiáng)磁場中心杜海峰研究員課題組提供高質(zhì)量樣品支持。

“磁霍普夫子的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)為自旋電子學(xué)、下一代信息存儲技術(shù)、非傳統(tǒng)計算技術(shù)（如類腦計算）等提供了新的方向?！编嶏L(fēng)珊表示。

華南理工大學(xué)供圖。

據(jù)了解，霍普夫子以德國數(shù)學(xué)家海因茨-霍普夫（Heinz Hopf）的名字命名，其概念由來可追溯到由英國物理學(xué)家托尼-斯凱爾姆（Tony Skyrme）在1962年首次提出的“拓?fù)涔伦印薄?009年，科學(xué)家首次在磁體中發(fā)現(xiàn)了拓?fù)涔伦?，為了紀(jì)念 Skyrme，將其稱為Skyrmion（斯格明子）。

一般認(rèn)為，磁斯格明子是由電子自旋在空間上構(gòu)成的一類二維旋渦狀結(jié)構(gòu)，從樣品上表面貫穿到下表面，形成了斯格明子弦（String）。理論上，如果把兩個末端連接起來，會進(jìn)一步形成一類三維拓?fù)浯殴伦印呕羝辗蜃?。但目前為止，?shí)驗(yàn)上尚未發(fā)現(xiàn)強(qiáng)有力的證據(jù)表明磁霍普夫子的存在。

該聯(lián)合團(tuán)隊利用了透射電子顯微鏡磁成像技術(shù)和微磁學(xué)計算，在立方鐵鍺合金中觀察到了與斯格明子弦耦合的霍普夫子，并提供了誘導(dǎo)產(chǎn)生這類霍普夫子的實(shí)驗(yàn)方法，取得了高度可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該形核方法通過改變外部磁場的方向，同時保證磁場足夠弱，以確保斯格明子弦在轉(zhuǎn)換過程中保持完整，也得保證磁場足夠強(qiáng)，足以改變樣品邊緣材料的磁狀態(tài)；通過來回切換磁場方向，這種邊緣調(diào)制的閉合磁結(jié)構(gòu)會持續(xù)穩(wěn)定存在，進(jìn)一步通過增加磁場強(qiáng)度，形成與斯格明子弦耦合的霍普夫子。此外，本研究也提供了統(tǒng)一的斯格明子-霍普夫子的同倫（homotopy）分類，并深入探討了手性磁體中拓?fù)涔伦拥亩鄻有浴?/p>

鄭風(fēng)珊表示，磁霍普夫子的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相比與二維拓?fù)涔伦?，擁有第三個維度的自由度，使得其基礎(chǔ)物理性質(zhì)極為迥異和豐富，這一突破性發(fā)現(xiàn)為未來磁性材料、自旋電子學(xué)和非傳統(tǒng)計算等領(lǐng)域的發(fā)展提供新思路，也為新型功能器件的設(shè)計和開發(fā)提供了有力支持。

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