科学家利用热量在斯格明子和反斯格明子之间产生转变

在一项有助于开发低功耗新型自旋电子器件的实验中，日本理化学研究所的研究人员及其合作者利用热和磁场在单晶薄板器件中产生磁涡旋和反涡旋（称为斯格明子和反斯格明子）之间的转变。 最重要的是，他们在室温下实现了这一点。

斯格明子和反斯格明子是包含在特殊磁性材料中的材料，涉及材料中电子的自旋，是一个活跃的研究领域，因为它们可用于下一代存储设备，例如，斯格明子充当“1”位，反斯格明子为“0”位。 过去，科学家能够通过多种方式移动它们，并利用电流在它们之间进行转换。 然而，由于当前的电子设备消耗电能并产生废热，日本理化学研究所新兴材料科学中心的 Yu Xiuzhen Yu 领导的研究小组决定看看是否可以找到一种利用热梯度产生转变的方法。

Yu 表示，“由于发电厂、汽车、焚化炉和工厂产生的近三分之二的能源都被浪费为热量，我们认为尝试在斯格明子和反斯格明子之间创建过渡非常重要——这在以前一直是是用电流利用热量完成的。”

为了进行这项发表在《自然通讯》杂志上的研究，研究人员使用聚焦离子束——一种极其精确的制造系统——用单晶磁体 (Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P 制造了一个小型装置，该磁体由铁、镍、钯和磷原子。然后他们使用扫描洛伦兹显微镜——一种在非常小尺度上检查材料磁性的先进方法。

他们发现，在室温下，当对晶体同时施加温度梯度和磁场时，晶体内部的抗翻转首先变成非拓扑气泡——一种反射和抗反射之间的过渡态——然后随着温度梯度的增加进入反射。 即使热梯度被消除，它们仍保持稳定的斯格明子构型。

这是一个符合理论预期的结果，但第二个结果让团队感到惊讶。 Yu课题组的博士后研究员Fahmi Sami Yassin表示：“我们还惊讶地发现，当不施加磁场时，热梯度导致了从斯格明子到反斯格明子的转变，并且这种转变在材料内部也保持稳定。 ”。

他继续说道：“非常令人兴奋的是，这意味着我们可以使用热梯度——本质上是利用废热——来驱动斯格明子和反斯格明子之间的转变，具体取决于是否施加磁场。”重要的是，特别是因为我们能够在室温下做到这一点。 “这可能为新型信息存储设备开辟道路，例如利用废热的非易失性存储设备。”

刘说：“我们对他的发现感到非常兴奋，我们计划继续以新的、更有效的方式操纵斯格明子和反斯格明子，包括反斯格明子运动的热控制，目标是建立真正的热旋电子学和其他自旋电子学我们日常生活中可以使用的设备”。 “为了制造更好的设备，我们需要仔细探索不同的设备设计和架构。”

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