中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展强磁... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（SHMFF）是国家“十一五”重大科技基础设施，由中国科学院合肥物质科学研究院与中国科学技术大学联合承建攻关。装置于2008年启动建设，2017年通过国家验收。验收专家组一致认为，SHMFF“磁体技术和综合性能达到国际领先水平”，标志... 更多简介 +
近期，中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心联合安徽大学、上海科技大学及美国新罕布什尔大学，在磁霍普夫子构筑方面取得突破性进展，相关研究成果以“Electrically writing a magnetic heliknoton in a chiral magnet”为题，在线发表于国际权威期刊Nature Materials。
1975年，Ludvig Faddeev提出了一类三维拓扑孤子，其拓扑特性可由霍普夫荷（Hopf charge）描述，因此被称为霍普夫子（hopfion）。作为一类普适的三维拓扑结构，霍普夫子以其环、链、扭结等丰富拓扑特征，深刻关联着从托卡马克聚变约束、量子场激发到早期宇宙弦等一系列跨越微观到宏观尺度的物理核心前沿问题。由于其高度的物理普适性，在实验室中实现霍普夫子的稳定生成和可控操控，被认为是探索相关普适物理规律、降低研究门槛的关键途径。然而，受限于模型的高度复杂性，长期以来霍普夫子的研究主要停留在理论层面。实验上，仅在极少数物理体系中观测到了静态的霍普夫子，对其动态特性与实际操控的实验研究更是空白，严重阻碍了相关研究的发展。
针对上述挑战，研究团队基于手性磁体模型与霍普夫子普适模型间的深层同构性，利用自旋转移矩和热激发效应，首次在手性磁体FeGe中实现了磁霍普夫子的电学可控生成，并可在零外磁场条件下稳定存在。为揭示磁霍普夫子的真实三维结构，研究团队结合角度依赖的定量电子全息技术与微磁模拟，对其转角相位进行了系统解析，在实验上确认了磁霍普夫子的三维拓扑构型。进一步的原位电学实验表明，所构筑的磁霍普夫子可在电流驱动下实现可控运动，且表现出无霍尔偏转的独特动力学行为。该成果为研究磁性材料、液晶和托卡马克等系统中霍普夫子普适物理提供了一个可扩展、可调控、可直接表征的实验平台。
中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心博士后李龙为论文第一作者，强磁场中心杜海峰研究员、刘艺舟研究员以及安徽大学宋东升教授为论文共同通讯作者。该项研究工作受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、中国科学院基础研究领域青年团队计划、中国科学院低功耗量子材料建制化科研平台等项目的支持。
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02450-0
图1. （a）霍普夫子结构图；（b）实验上获得的磁霍普夫子磁感应图
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