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吉林多彩联盟超硬资料国度重点尝试室刘洪武传授课题组尝试发明全新拓扑粒子磁畴壁斯格明子维格纳固体

宣布日期:2021-10-21     作者:超硬资料国度重点尝试室      编辑:陈钊     点击:

【动静来历:超硬资料国度重点尝试室】克日,吉林多彩联盟超硬资料国度重点尝试室刘洪武传授课题组在凝集态拓扑研讨范畴获得新停顿,相干功效以“磁畴壁斯格明子维格纳固体(Wigner solids of domain wall skyrmions)”为题,于2021年10月14日在《天然-通信》(Nature Communications)上颁发。

拓扑绝缘体是一种外表导电而外部绝缘且具备对称掩护拓扑序的新型资料(其拓扑性源于资料在倒易空间独有的能带布局),在自旋电子学和量子计较等范畴具备普遍的操纵远景(拓扑相变的研讨获颁2016年诺贝尔物理学奖)。跟着对拓扑绝缘体研讨的不时深切,最近几年来拓扑观点在凝集态系统的操纵备受存眷,此中最具代表性的是手性磁体。手性磁体是一类具备反演对称破缺的磁性资料,借助自旋-轨道耦合引诱的手性彼此感化构成拓扑自旋布局—磁斯格明子(左图)。磁斯格明子和拓扑绝缘体是拓扑性别离在实空间和倒易空间中的详细表现。作为一种在实空间能够或许被间接观察到的拓扑粒子,其别致量子特征对制备高密度、高速率和低功耗新型磁存储器件都具备非常主要的意思。除手性磁体中发明的磁斯格明子,实际展望斯格明子也能够在磁畴壁(domain wall)中构成一种全新的拓扑粒子—磁畴壁斯格明子(右图)。因为磁畴壁普遍存在于宇宙学、弦论、高能物理和凝集态物理等诸多范畴,是以磁畴壁斯格明子的尝试发明将极大拓展斯格明子存在的维度和物理空间,对其特征的探测与研讨在上述范畴具备主要的实际和实际意思。

为了实现对这一新型拓扑粒子的尝试观察,刘洪武课题组将具备超高探测活络度的阻式核磁共振(RDNMR)和非局域电阻丈量奇妙连系,建立了全新的非局域阻式核磁共振丈量(NRDNMR)手艺(国度发明专利:CN202011028664.0)。该手艺不只将探测活络度进步了一个数目级,更加主要的是消弭磁场前提下电丈量所发生的霍尔偏压影响,进而实现了对量子态本征特征的无毁伤探测。研讨职员操纵该手艺在InSb量子阱构成的量子霍尔铁磁(QHF)态磁畴壁中发明了这一全新拓扑粒子,相干主要功效包含:

1.发明基态磁畴壁斯格明子 实际展望磁畴壁斯格明子以磁畴壁激起态情势存在。而本研讨标明,QHF态拓扑电荷和物理电荷的等价性会付与磁畴壁斯格明子“带电性”并经由过程长程库仑彼此感化构成一维维格纳晶体(即处于基态)。

2.实现低温维格纳晶体 相较于mk温度下构成的半导体电子或空穴维格纳晶体,磁畴壁斯格明子维格纳晶体能够在4k温度下坚持不变。该温度无望经由过程压力调理自旋-轨道彼此感化节制拓扑粒子尺寸和间距而获得进一步晋升。

3.调控拓扑相变 尝试发明,经由过程调理朗道能级间有用磁场能够实现拓扑磁畴壁斯格明子晶体、玻璃体和非拓扑自旋波的相改变。该拓扑系统为研讨量子临界性供给了一个极新平台。

须要指出的是,上述尝试接纳的InSb量子阱器件其发展制备已有30多年汗青。2017年课题组恰是基于统一样品胜利揭露了量子霍尔边缘态手性对核自旋极化的主要影响,开启了边缘态手性在核自旋电子学操纵的大门【Nat.Commun. 8, 15084(2017)】。颠末多年不懈尽力,研讨职员为这一“陈旧”器件重赋性命,完善地解释了“境自远尘皆入咏,物含妙理总堪寻”的真理。

上述研讨功效第一实现单元为吉林多彩联盟,杨凯锋副传授为论文第一作者,刘洪武传授为论文独一通信作者。本任务获得了国度和吉林省天然迷信基金的帮助。

论文链接:http://doi.org/10.1038/s41467-021-26306-8

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