科技日報合肥4月7日電(記者 吳長鋒)記者7日從中國科學技術大學獲悉，該校國際功能材料量子設計中心訪問博士后李肖音，與中國科學院強磁場科學中心等單位合作，在二維新型量子磁體斯格明子元激發(fā)的理論與實驗研究中取得重要進展。他們創(chuàng)造性地提出了“拓撲克爾效應”的概念，并將研究成果在線發(fā)表于國際期刊《自然·物理》。

　　斯格明子的概念起源于粒子物理，現(xiàn)被廣泛應用于描述凝聚態(tài)磁性材料中一類獨特的拓撲元激發(fā)。其自旋在實空間以旋渦狀或環(huán)狀排列，并整體具有非平庸拓撲特性，有望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，電學測量中的拓撲霍爾效應常被作為其存在的有力判據(jù)之一。但是，電學測量通常僅適用于金屬體系。隨著拓撲磁性材料的拓展，該領域迫切需要發(fā)展適用于更多體系的表征手段，尤其是針對非金屬體系斯格明子的表征。

　　研究團隊利用化學氣相輸運法，成功合成了高質量二維鐵磁材料單晶。他們通過磁光克爾效應，表征了該體系薄層樣品的磁性結構，并觀察到系統(tǒng)性奇異“凸起”。該特征與金屬磁斯格明子體系的拓撲霍爾效應高度相似。

　　隨后，研究團隊通過原子尺度的磁動力學模擬和理論計算，揭示出斯格明子的“拓撲荷”對于光電場下傳導電子的散射，是光學克爾角在磁翻轉過程中出現(xiàn)“凸起”信號的微觀原因。通過磁力顯微鏡成像實驗，該光學克爾信號的拓撲屬性也得以進一步佐證。

　　研究人員表示，這項研究凝練了“拓撲克爾效應”這一核心概念，不僅可以對非金屬體系中的斯格明子和其他拓撲元激發(fā)開展空間分辨、無損、非接觸式探測，而且在原理上還可以涵蓋金屬體系，為揭示拓撲磁結構的微觀機理提供有力的物理基礎與表征方案。