（文章來(lái)源：中科院物理所）
磁斯格明子具有尺寸小和易電流驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為可以應(yīng)用于下一代高能效、高密度的磁性存儲(chǔ)器當(dāng)中。而斯格明子的精確產(chǎn)生則是進(jìn)一步研究斯格明子物理特性及相關(guān)器件的前提。最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心磁學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室M02課題組的光耀同學(xué)、劉藝舟博士、于國(guó)強(qiáng)特聘研究員、韓秀峰研究員等人與德國(guó)馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所Gisela Schütz教授團(tuán)隊(duì)、美國(guó)加州大學(xué)洛杉分校Yaroslav Tserkovnyak教授團(tuán)隊(duì)、蘭州大學(xué)彭勇教授團(tuán)隊(duì)合作，利用一種具備高時(shí)空分辨率的軟X射線磁性成像技術(shù)，在室溫零場(chǎng)條件下成功誘導(dǎo)產(chǎn)生100 nm尺寸的斯格明子。斯格明子的產(chǎn)生機(jī)制是由X射線誘導(dǎo)的交換偏置再定向效應(yīng)所主導(dǎo)的。除精確地產(chǎn)生單個(gè)斯格明子外，他們還利用X射線產(chǎn)生了多種結(jié)構(gòu)的斯格明子二維“人工晶體”。

該項(xiàng)研究利用掃描透射X射線顯微鏡(STXM)對(duì)[Pt/Co/IrMn]n交換偏置多層膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，首次發(fā)現(xiàn)X射線輻照可以誘導(dǎo)反鐵磁序的重取向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了反鐵磁序以及與之耦合的鐵磁序的高空間分辨光學(xué)調(diào)控。利用這一現(xiàn)象，研究團(tuán)隊(duì)首先成功地在迷宮疇的背景下實(shí)現(xiàn)了零外磁場(chǎng)下的任意形狀單疇磁區(qū)域，如圖1所示。利用X射線在單疇區(qū)域掃描特定小尺寸區(qū)域，還能夠精準(zhǔn)定位產(chǎn)生單個(gè)斯格明子。更進(jìn)一步，通過(guò)大面積的位點(diǎn)掃描，成功地構(gòu)造出了斯格明子陣列，如三角、正方和kagome三種構(gòu)形(圖二)。

圖1. X射線誘導(dǎo)的交換偏置再定向效應(yīng)。a為同步輻射X射線通過(guò)在垂直磁場(chǎng)(H)下掃描閉合區(qū)域誘導(dǎo)產(chǎn)生均勻的交換偏置，箭頭表示正的磁場(chǎng)方向，b為同步輻射X射線掃描后在零外磁場(chǎng)下測(cè)到的物理所(IOP)標(biāo)志；c-e為對(duì)應(yīng)的四分之三掃面透射X射線顯微鏡數(shù)據(jù)截面圖和相應(yīng)的交換偏置示意圖，IrMn層箭頭表示界面垂直方向的反鐵磁序。b和e中標(biāo)尺條為1μm。

該項(xiàng)研究為調(diào)控反鐵磁序磁結(jié)構(gòu)提供了一種新的思路，利用這種方法還有望進(jìn)一步推動(dòng)在交換偏置體系中實(shí)現(xiàn)反鐵磁斯格明子。由于X射線的短波長(zhǎng)特性，該方法有望用于調(diào)控小于10 nm尺寸的反鐵磁序，極大的提高了光控磁的空間分辨率。該項(xiàng)研究還能激勵(lì)更多利用X射線方法操控磁序的研究，進(jìn)一步推動(dòng)磁性材料中針對(duì)磁序的高空間分辨率光學(xué)調(diào)控。

圖2. X射線誘導(dǎo)單個(gè)斯格明子及斯格明子晶體的產(chǎn)生。a為X射線誘導(dǎo)產(chǎn)生的閉合單疇條(白色虛線矩形框)；b為控制X射線在單疇區(qū)域上精準(zhǔn)產(chǎn)生的兩個(gè)斯格明子；c-d分別為X射線在單疇區(qū)域?qū)懭氲娜呛驼剿垢衩髯尤斯ぞw。d中的標(biāo)尺條為1μm。相關(guān)工作已在《自然-通訊》雜志上發(fā)表[Y. Guang, I. Bykova, Y. Liu, G. Q. Yu, E. Goering, M. Weigand, J. Grfe, 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]。

該項(xiàng)研究得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、北京市自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃等有關(guān)項(xiàng)目的支持。
（責(zé)任編輯：fqj）