新研究在二維磁體中發現各向異性反對稱交換耦合

近日，中科院寧波材料技術與工程研究所楊洪新團隊以《晶體對稱保護的二維磁體中各向異性反對稱交換耦合和拓撲磁性》為題，在《納米快報》發表最新成果。

楊洪新介紹，從2004年發現石墨烯以來，二維材料的數量就呈現爆發式增長，但這些材料都不帶磁性。事實上，科學家們甚至不確定會不會有二維磁體，直到2017年，研究人員首次實驗上合成了二維磁體。該發現為二維材料以及自旋電子學和磁學的研究拓展了新領域，為發展高密度數據存儲設備提供更優選擇，為信息科學領域提供重大機遇。

而磁斯格明子是一種拓撲保護實空間的非共線磁渦旋準粒子，具有納米尺寸、結構穩定、易調控、驅動閾值電流小等諸多優點，有望成為下一代高容量、高速讀寫、低功耗、非易失性信息存儲及邏輯運算的信息載體。磁斯格明子的形成、穩定和運動和反對稱交換耦合（Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，以下簡稱為DMI）緊密關聯。DMI作為基本磁相互作用，又有著深刻的內稟物理性質，最近20年受到了基礎科學和應用科學研究領域的廣泛關注。

與此同時，近年發現的二維范德華磁體也因其獨特的物理特性，獲得了科學家的廣泛關注。楊洪新帶領的量子功能材料團隊通過理論研究并與實驗團隊合作證明，磁斯格明子、雙半子和手性疇壁均可以通過各向同性DMI在具有Cnv點群的二維本征磁體（如Janus磁體和單層多鐵材料）以及基于二維磁體的范德華異質結構中實現。然而在二維磁體中的各向異性DM相互作用以及反鐵磁拓撲磁結構尚未有過報道。

在此次發表的成果中，楊洪新團隊提出并證明，具有p-4m2空間群的二維磁性材料AX2 ，天然具有對稱性保護的各向異性DMI，并揭示了該材料體系中存在的諸多新奇鐵磁/反鐵磁拓撲磁結構。這一類材料可以使基于拓撲磁結構的自旋電子器件具有更簡單的結構和更高的運行效率，為構建晶體對稱性保護的DMI和拓撲手性磁結構提供了嶄新的思路與方法及材料儲備。

《納米快報》審稿人認為，研究者們對在現實材料系統中實現各向異性DMI有著濃厚的興趣，這項研究使反斯格明子成為可能，非常及時。并且，AX2材料家族可能擁有不同拓撲分類的自旋織構，因此該成果甚至可能會對整個二維磁體研究領域產生影響。