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 +
近日，稳态强磁场实验装置（SHMFF）用户中国科学院合肥物质院强磁场科学中心陆轻铀教授团队和固体所罗轩研究员、孙玉平研究员团队合作，利用SHMFF自研的低温强磁场磁力显微镜（MFM），系统揭示了Cr2Ge2Te6晶中晶格驱动的拓扑自旋结构，阐明了晶体结构对称性与拓扑磁性之间的内在关联，为新型自旋电子学器件与量子设备的研发开辟了新路径。相关研究成果以“Lattice-Driven Topological Spin Textures in Cr2Ge2Te6 Single Crystals”为题发表于Advanced Functional Materials并入选期刊封面。
近年来，拓扑自旋结构因其独特的稳定性和可调控性，在高密度信息存储、低功耗自旋电子器件及新型量子功能器件中展现出重要应用前景。其中，磁斯格明子等拓扑磁结构通常被认为来源于界面手性相互作用、自旋轨道耦合或外加磁场调控。然而，在层状范德华磁体中，晶格本身是否能够直接参与甚至主导拓扑磁结构的形成，一直是该领域的重要科学问题。
团队选择具有层状范德华结构Cr2Ge2Te6单晶作为研究对象。该材料具有较强的磁晶各向异性和明显的层间耦合效应，是研究二维磁性和自旋拓扑行为的重要平台。通过MFM成像，团队观察到从三角形直至八边形的规整拓扑磁结构。配合电子自旋共振测量与微磁学模拟等多种手段，证实这些磁结构并非随机产生，而是与材料内部的晶格对称性及局部结构畸变高度相关。晶格驱动能够在局域区域诱导不同能量竞争关系，使磁矩排列形成稳定的拓扑自旋结构。这种由晶格调控磁序的机制，突破了传统依赖界面 Dzyaloshinskii–Moriya相互作用形成拓扑结构的经典框架。
通过进一步研究发现，这些拓扑磁结构在外加磁场作用下表现出明显的演化行为，包括形貌变化、尺寸调节以及拓扑态之间的转变。部分结构在磁场调节过程中表现出类粒子行为的动力学特征，例如分裂、合并及拓扑湮灭过程。这表明二维层状磁体中的拓扑自旋结构不仅具有丰富的稳定形态，还能够在外部刺激下实现可控调节。
相关研究提出了一种新的拓扑磁结构形成机制，即晶格结构与磁序之间的协同作用可以驱动复杂拓扑结构的形成。这一发现为理解低维磁性材料中的磁结构起源提供了新的视角，也为未来利用晶格工程设计可控磁拓扑器件奠定了基础。
强磁场中心博士生董帅为论文第一作者，强磁场中心冯启元副研究员、陆轻铀教授为论文共同通讯作者。罗轩研究员和孙玉平研究员为该工作提供高质量样品，童伟研究员为该工作提供电子自旋共振测量支持。该项研究得到了强磁场中心作为负责单位的国家重点研发计划、国家自然科学基金等资助。
文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.74354
左图：晶格驱动拓扑自旋结构可控构筑和微观机制。
右图：研究成果期刊封面（本文入选期刊封面）。
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