【產(chǎn)通社，12月1日訊】華南理工大學(xué)（South China University of Technology, SCUT）官網(wǎng)消息，鄭風(fēng)珊教授聯(lián)合德國(guó)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(guó)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Nature上。

其中，鄭風(fēng)珊教授為通訊作者兼第一作者，Nikolai S. Kiselev和Filipp N. Rybakov為共同通訊作者；華南理工大學(xué)為第一完成單位。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中央高校業(yè)務(wù)費(fèi)的支持，也得到了合肥強(qiáng)磁場(chǎng)中心杜海峰研究員課題組的高質(zhì)量樣品支持。

霍普夫子以德國(guó)數(shù)學(xué)家海因茨-霍普夫（Heinz Hopf）的名字命名，其概念由來(lái)可追溯到由英國(guó)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)涔伦樱瑸榱思o(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(gè)末端連接起來(lái)，會(huì)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(duì)利用了透射電子顯微鏡磁成像技術(shù)和微磁學(xué)計(jì)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(guò)改變外部磁場(chǎng)的方向，同時(shí)保證磁場(chǎng)足夠弱，以確保斯格明子弦在轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持完整，也得保證磁場(chǎng)足夠強(qiáng)，足以改變樣品邊緣材料的磁狀態(tài)；通過(guò)來(lái)回切換磁場(chǎng)方向，這種邊緣調(diào)制的閉合磁結(jié)構(gòu)會(huì)持續(xù)穩(wěn)定存在，進(jìn)一步通過(guò)增加磁場(chǎng)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�。這一突破性發(fā)現(xiàn)為未來(lái)磁性材料、自旋電子學(xué)和非傳統(tǒng)計(jì)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(jì)和開發(fā)提供了有力支持。

該報(bào)道也被同期News/Views以專題文章“Magnetic hopfion rings in new era for topology”加以評(píng)論。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)官方網(wǎng)站http://news.scut.edu.cn，http://doi.org/10.1038/s41586-023-06658-5，以及http://doi.org/10.1038/d41586-023-03502-8。（張嘉汐，產(chǎn)通發(fā)布）     （完）