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突破性發現！華南理工(gong)大(da)學(xue)鄭風(feng)珊教(jiao)授聯合德國于利希研究中(zhong)心Nikolai S. Kiselev博士和瑞典烏普(pu)薩拉(la)大(da)學(xue)Filipp N. Rybakov博士等學(xue)者(zhe)，共(gong)同(tong)在晶體(ti)中(zhong)直接觀察到磁霍(huo)普(pu)夫子(Hopfion)。相關成果以“Hopfion rings in a cubic chiral magnet”為題發表在Nature上。其中(zhong)，鄭風(feng)珊教(jiao)授為通訊(xun)作者(zhe)兼第一作者(zhe)，Nikolai S. Kiselev和Filipp N. Rybakov為共(gong)同(tong)通訊(xun)作者(zhe)；華南理工(gong)大(da)學(xue)為第一完(wan)成單位。
"霍普夫子"以德(de)國數學家海因茨-霍普夫(Heinz Hopf)的名字命名，其(qi)概念由來可追溯到(dao)由英國物(wu)理學家托尼(ni)-斯(si)凱爾姆(Tony Skyrme)在1962年首次(ci)提出(chu)的“拓(tuo)撲孤子”。2009年，科學家首次(ci)在磁(ci)體中發現了拓(tuo)撲孤子，為(wei)(wei)了紀念 Skyrme，將(jiang)其(qi)稱為(wei)(wei)Skyrmion(斯(si)格(ge)明子)。
一般(ban)認(ren)為，磁斯格明子(zi)是由電子(zi)自旋在空間上構(gou)成的一類(lei)二維(wei)旋渦狀結構(gou)，從(cong)樣品(pin)上表(biao)面貫穿到(dao)下表(biao)面，形(xing)成了斯格明子(zi)弦(String)。理(li)論上，如果把(ba)兩(liang)個(ge)末(mo)端連接(jie)起(qi)來，會進一步形(xing)成一類(lei)三維(wei)拓撲磁孤子(zi)——磁霍(huo)普(pu)夫子(zi)。但目前為止，實驗(yan)上尚未發(fa)現強有力的證據表(biao)明磁霍(huo)普(pu)夫子(zi)的存在。
該聯合(he)團隊利用了(le)透射電子(zi)顯微(wei)鏡(jing)磁(ci)成像(xiang)技術和(he)微(wei)磁(ci)學計算，在(zai)立方(fang)鐵鍺合(he)金中(zhong)觀(guan)察到(dao)了(le)與(yu)斯格(ge)明(ming)子(zi)弦耦(ou)合(he)的(de)(de)(de)霍(huo)(huo)普夫(fu)子(zi)，并提供了(le)誘導產生這類霍(huo)(huo)普夫(fu)子(zi)的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗方(fang)法(fa)，取得(de)了(le)高度(du)可重復的(de)(de)(de)實(shi)(shi)驗結(jie)果。該形(xing)核方(fang)法(fa)通過(guo)(guo)改變外部磁(ci)場(chang)的(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)，同時保證磁(ci)場(chang)足(zu)夠弱，以確保斯格(ge)明(ming)子(zi)弦在(zai)轉(zhuan)換過(guo)(guo)程中(zhong)保持完整(zheng)，也得(de)保證磁(ci)場(chang)足(zu)夠強(qiang)，足(zu)以改變樣(yang)品邊(bian)緣材(cai)料的(de)(de)(de)磁(ci)狀態；通過(guo)(guo)來回切換磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)，這種邊(bian)緣調制的(de)(de)(de)閉合(he)磁(ci)結(jie)構會持續穩定存在(zai)，進一步通過(guo)(guo)增加(jia)磁(ci)場(chang)強(qiang)度(du)，形(xing)成與(yu)斯格(ge)明(ming)子(zi)弦耦(ou)合(he)的(de)(de)(de)霍(huo)(huo)普夫(fu)子(zi)。
此外，本研究也提(ti)供(gong)(gong)了統一(yi)(yi)的(de)(de)斯格明(ming)子(zi)-霍(huo)普夫子(zi)的(de)(de)同倫(homotopy)分類，并(bing)深入探討(tao)了手性(xing)磁體(ti)中拓撲(pu)孤子(zi)的(de)(de)多樣性(xing)。這一(yi)(yi)突破性(xing)發現(xian)為未來(lai)磁性(xing)材料、自旋電子(zi)學(xue)和非傳統計(ji)算等領(ling)域的(de)(de)發展(zhan)提(ti)供(gong)(gong)新思路，也為新型(xing)功能器件的(de)(de)設計(ji)和開發提(ti)供(gong)(gong)了有力支持。
該報(bao)道也(ye)被同期(qi)News/Views以專(zhuan)題文章“Magnetic hopfion rings in new era for topology”加以評論。
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