近日，馬克斯·玻恩研究所與合作機構的研究團隊開發(fā)出一種可靠方法，可在鐵磁薄膜中創(chuàng)建被稱為“斯格明子囊泡”的復雜磁結構。這種環(huán)形拓撲富集的自旋紋理，超越了被廣泛研究的單一斯格明子結構。

磁斯格明子是納米尺寸的穩(wěn)定磁化渦旋，在自旋電子學和數(shù)據(jù)存儲領域具有應用潛力。其最簡單的圓形結構已被深入研究——在磁性薄膜中自旋從外向內發(fā)生180°旋轉，使得中心自旋方向與外部相反。

更復雜的構型包括“斯格明子ium”，其自旋完成360°旋轉后中心與外部取向相同，形成環(huán)狀結構。值得注意的是，這種環(huán)形結構內部可再次填充斯格明子，形成單填充的“靶型斯格明子”或多填充的“斯格明子囊泡”。

期刊《先進材料》封面以松餅模具為象征，展示了通過設計各向異性勢場實現(xiàn)激光脈沖制備斯格明子囊泡的過程。一旦配方確立，這些磁紋理結構便能如同烘焙般輕松"出爐"
 

雖然理論已預測此類高階構型，但在真實材料中實現(xiàn)可控制備始終存在挑戰(zhàn)。最新發(fā)表于《先進材料》的研究（圖1）表明，通過氦離子束聚焦照射引發(fā)的材料磁性納米級修飾，能夠促進這些高階紋理的生成。這種局部各向異性修飾經過特殊設計，使得單次超快激光脈沖即可選擇性地形成目標結構。研究團隊利用馬克斯·玻恩研究所特制的激光系統(tǒng)配合高分辨率X射線顯微鏡，直接觀測到特征尺寸小于100納米的磁紋理。

X射線磁顯微圖像展示了不同層級的斯格明子囊泡結構：從空心的斯格明子ium到填充四個斯格明子的囊泡（比例尺為500納米）
 

研究人員成功制備了從空心的斯格明子ium到填充四個斯格明子的囊泡等多種結構（圖2）。與純磁場驅動方法相比，激光脈沖觸發(fā)的斯格明子囊泡生成成功率顯著提高。這種可重復、穩(wěn)定的制備技術將成為未來時間分辨實驗中研究高階斯格明子動力學的關鍵前提。該工作為探索和利用薄膜材料中的復雜斯格明子態(tài)提供了實用路徑，對實現(xiàn)納米級拓撲調控的自旋電子器件邁出重要一步。