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【環(huán)球網(wǎng)科技綜合報道】4月12日消息，根據中國科學(xué)院官網(wǎng)消息，近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)等合作，依托穩態(tài)強磁場(chǎng)實(shí)驗裝置（SHMFF），在二維新型量子磁體斯格明子元激發(fā)的理論與實(shí)驗研究中取得進(jìn)展，提出“拓撲克爾效應”的概念。

據悉，相關(guān)成果發(fā)表在《自然·物理學(xué)》（Nature Physics）上。

資料顯示，斯格明子的概念起源于粒子物理，被廣泛應用于描述凝聚態(tài)磁性材料中一類(lèi)獨特的拓撲元激發(fā)，其自旋在實(shí)空間以旋渦狀或環(huán)狀排列，整體具有非平庸拓撲特性，可成為新一代磁存儲及邏輯器件的信息載體。

對于斯格明子的表征，常借助電學(xué)測量中的拓撲霍爾效應作為其存在的有力判據之一，但電學(xué)測量?jì)H適用于金屬體系。隨著(zhù)拓撲磁性材料的有效拓展，斯格明子領(lǐng)域迫切需要發(fā)展適用于更多體系的表征手段，如針對非金屬體系斯格明子的表征。??

2017年，科學(xué)家在實(shí)驗中發(fā)現了二維鐵磁材料CrI3和CrGeTe3。在此基礎上，研究團隊通過(guò)第一性原理計算預言了一類(lèi)與CrI3同構、但具有非平庸拓撲電子態(tài)的新型二維鐵磁性材料CrMX6（M=Mn, V; X=I, Br）。此次，研究團隊利用化學(xué)氣相輸運法合成了高質(zhì)量二維CrVI6單晶，依托SHMFF的低溫磁場(chǎng)顯微光學(xué)系統，開(kāi)展了高精度微區磁光克爾效應研究，確認了薄層CrVI6材料亦具有鐵磁基態(tài)。

研究發(fā)現，在特定的厚度范圍、溫度區間內，磁光克爾回線(xiàn)的磁化反轉區出現了兩個(gè)反對稱(chēng)的貓耳狀“凸起”。該特征與塊體的M-H磁滯回線(xiàn)完全不同，卻與典型磁斯格明子體系中的電學(xué)拓撲霍爾效應高度相似。 ?

研究團隊通過(guò)原子尺度的磁動(dòng)力學(xué)模擬和理論計算，揭示出斯格明子的“拓撲荷”對于光電場(chǎng)下傳導電子的散射是光學(xué)克爾角在磁翻轉過(guò)程中出現“凸起”信號的微觀(guān)原因。研究人員通過(guò)磁力顯微鏡成像實(shí)驗，觀(guān)察到CrVI6中帶狀磁結構演化為點(diǎn)狀磁結構的磁場(chǎng)與磁光克爾“凸起”對應的磁場(chǎng)一致，進(jìn)一步佐證了該光學(xué)克爾信號的拓撲屬性。 ?

基于上述結果，合作團隊凝練了“拓撲克爾效應”這一核心概念，基于這一概念提出了利用光學(xué)手段開(kāi)展拓撲磁結構無(wú)損/非侵入式探測的新方案。該方案基于交變光電場(chǎng)，在直流電學(xué)“拓撲霍爾效應”的基礎上，進(jìn)一步放寬了對材料導電性的要求，拓寬了應用范圍。強磁場(chǎng)光譜學(xué)的技術(shù)優(yōu)勢使得這一方案可以對斯格明子和其他拓撲元激發(fā)開(kāi)展空間分辨、無(wú)損、非接觸式探測，為揭示拓撲磁結構的微觀(guān)機理奠定了物理基礎、提供了表征手段。 ?