世界上最小尺寸的斯格明子賽道器件單元問世

近期，安徽大學教授杜海峰、宋東升團隊利用聚焦離子束微納器件制備技術制備出了世界上最小尺寸的斯格明子賽道器件單元（賽道寬度100納米），結合高時空分辨原位洛倫茲電鏡技術，實現了納秒電脈沖驅動下，100納米寬度賽道中80納米磁斯格明子一維、穩定、高效的運動，為構筑高密度、高速度、可靠的新型拓撲磁電子學器件提供了重要支撐。相關研究成果日前發表于《自然-通訊》。

2009年，德國科學家在一類手性金屬磁性材料中，發現一種具有非平庸拓撲特性的磁結構，稱之為磁斯格明子。其具有尺寸小、穩定性高、電流易操控等優點，有望作為下一代數據載體，用于構筑新型的磁電子學器件。

實現電流驅動下磁斯格明子在納米賽道中穩定、可控的運動，是器件構筑中最核心的問題之一。然而，在過去15年的研究中，有兩個關鍵問題仍未得到有效解決：一是器件特征尺寸太大，目前實驗上展示的最小條帶寬度大于400納米，不符合器件的高密度要求；二是斯格明子霍爾效應：磁斯格明子由于其自身獨特的拓撲屬性，在運動過程中產生偏轉，這會導致其運動軌跡不可控，并且容易在賽道邊界消失，是器件構筑的重要障礙。

針對這兩個問題，杜海峰團隊發展了器件結構單元聚焦離子束加工制備技術，設計制備出厚度均勻、邊界/表面平整、非晶層厚度小于2 納米的高質量FeGe納米條帶。FeGe納米條帶的長度10微米，寬度100納米，為目前報道的最小尺寸。

此外，團隊還研制了透射電鏡原位加電芯片，擴展了洛倫茲透射電鏡原位加電功能。他們通過控制電流脈沖寬度及電流密度，利用賽道邊界的邊緣態磁結構穩定斯格明子運動，實現了單個80納米大小的磁斯格明子在100納米 FeGe賽道中的一維、穩定運動。

這些結果展示了納米賽道中磁斯格明子高速、穩定的運動特性，為基于磁斯格明子器件的構筑奠定了基礎。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-49976-6