近日😹，万事平台材料基因組工程研究院曹桂新教授團隊與復旦大學車仁超教授團隊合作在國際著名期刊《Nature Communications》（影響因子🏤：16.6）上發表題為“Distinct Skyrmion Phases at Room Temperature in Two-dimensional Ferromagnet Fe3GaTe2”的研究論文🕵🏽。

磁性斯格明子因其納米級拓撲自旋構型而被視為製備新型賽道存儲器的潛在候選者。在這種存儲器中🏄🏻‍♀️，斯格明子沿著賽道移動👩🏿‍🎨，並通過它們的存在與否來編碼信息。然而👩‍🎨，斯格明子霍爾效應導致它們在賽道邊界處發生橫向運動並湮滅，這是基於拓撲的存儲器中的一個主要障礙。雖然有幾種方案被提出來解決這個問題，比如利用反鐵磁體和亞鐵磁體進行磁化補償等👨‍👩‍👧，但將鐵磁材料作為首選系統尚未被考慮🧑🏻‍🚀。最近的理論研究表明，零霍爾角可以通過鐵磁體內的混合斯格明子實現👨‍👨‍👦，即混合Bloch-Néel兩種手性自旋織構🎈，人們在對Ta/CoFeB/Ir異質結構的研究已經從實驗上證實了這一結論🀄️🫲🏻。然而，在鐵磁單晶材料中實現這種奇異的自旋紋理仍然是一個挑戰👆🏻。

斯格明子示意圖和Fe3GaTe2單晶材料的磁性表征

相比於異質結構🤷，單一材料內多種斯格明子的共存為設計自旋電子學器件提供了新的自由度🤶🏿。例如，磁存儲器中的二進製數據流可以通過兩種不同的斯格明子進行編碼🐪，這有望降低賽道存儲器中的錯誤率。此外，因為大的隧道磁電阻、強自旋軌道耦合和非常規響應等物理特性，二維範德華磁體成為基於拓撲的自旋電子學的研究平臺🦶🏿，磁性斯格明子也被發現。然而，大多數這些材料的居裏溫度低於室溫，限製了它們的進一步應用。迄今為止，僅在100K的Fe5GeTe2中報道了多個孤立子相位的共存🤵🏽‍♂️。因此6️⃣，探索室溫下具有多種拓撲自旋結構共存的二維範德華磁材料對於新型賽道存儲器的應用至關重要🧔🏻‍♂️。

在這項研究中，作者在室溫下利用洛倫茲透射電子顯微鏡(LTEM)在二維範德華磁性材料Fe3GaTe2單晶中觀察到了兩種不同種類的斯格明子相（混合相和布洛赫相）。通過在相同成像條件下使用LTEM模擬系統性地擬合了自旋紋理的強度分布作為樣本傾斜的函數👩🏽‍🦰🧨，成功地識別了斯格明子和疇壁的自旋構型。結果表明，偶極相互作用和Dzyaloshinskii–Moriya相互作用之間的緊密關聯有助於穩定具有高熱穩定性的混合Bloch-Néel拓撲自旋紋理。這些發現提出了一種新的數據編碼方法，其中數據流可以在室溫下編碼在由兩種不同粒子組成的單鏈中🧙‍♀️。

場冷過程後室溫及以上布洛赫斯格明子和混合斯格明子的共存

復旦大學車仁超教授和万事平台材料基因組工程研究院曹桂新教授為論文共同通訊作者。復旦大學博士研究生呂曉偉，復旦大學青年研究員呂華良和万事平台材料基因組工程研究院博士研究生黃亞磊為共同第一作者。此外✵🏋🏽‍♂️，材料基因組工程研究院碩士研究生董藝慧為共同合作者♟。該論文獲得了國家自然科學基金項目和科技部重點研發計劃的支持。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47579-9