2024ParkAFM獎學金獎名單公布

　　2024 Park AFM獎學金獲得者

　　 2024年度Park AFM獎學金第四位獲獎人是中國人民大學物理學院低維量子材料與掃描探針顯微學課題組的在讀博士研究生米爍博士，其導師是程志海教授。目前的主要研究方向為二維材料的電學和磁學性質的原子力顯微鏡研究。在校期間，參與中國人民大學“求是學術-棟梁”項目，以第一作者在Nano Letters，Nanoscale等期刊發表論文3篇。

　　 米爍博士的最新研究成果“Real-space topology-engineering of skyrmionic spin textures in a van der Waals ferromagnet Fe₃GaTe₂” (DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c04031)發表在《Nano Letters》期刊上。

　　 在這項研究中，米博士利用Park AFM NX10的MFM技術，在Fe₃GaTe₂材料中成功實現了對skyrmions操縱，并取得了較高的操控精度。通過調控MFM探針尖端的雜散場，成功實現了skyrmion的可控形成與擦除的過程，并首創構建了具有相反拓撲電荷（S = ±1）的skyrmion共存態，即拓撲skyrmion結（TSJ）。這一技術有望為基于skyrmion的存儲設備引入全新的二進制位表示方法，為自旋電子學領域的發展注入新的活力。

　　 獲獎者采訪

　　1.Park: 請總結一下您的研究，并解釋它為什么很重要？

　　米博士：拓撲磁性結構作為未來自旋電子器件的有前景候選者，展現出獨特的性能，有望顛覆信息存儲與處理領域。其中，磁性skyrmions因其優越的穩定性、小尺寸以及對外部操控具有可調響應而被廣泛應用于不同的自旋電子器件，包括軌道存儲器、邏輯門和神經形態計算等領域。盡管已有多種宏觀方法（例如施加外部刺激，包括應變、電場、熱效應及激光脈沖等）被用于調節skyrmions的性質，但使用微觀方法對不同拓撲荷電荷的拓撲孤子進行操控仍未得到充分探索。如果能夠實現對局域拓撲電荷的調控，就可以構建出特殊的skyrmions異質結構，從而推動自旋電子學的發展。

　　 Fe₃GaTe₂作為一種2D vdW室溫鐵磁體，為研究和工程化具有磁性斯格明子的拓撲紋理提供了一個有前景的平臺。本工作通過MFM技術，成功實現了斯格明子晶格的繪制、擦除和定制。此外，通過構建TSJs，展示了其在提高電子傳輸效率和降低器件電阻方面的潛力。這些結果不僅為Fe₃GaTe₂作為存儲器件的應用提供了潛力，而且為基于斯格明子的自旋電子器件的發展提供了新的見解。

　　2. Park: 請敘述下您的研究將會如何被使用?

　　米博士：本研究首次通過MFM技術成功構建了具有相反拓撲電荷（S = ±1）的skyrmion共存態，這一發現為未來開發具備二進制存儲和高效傳輸功能的存儲器件提供了新的設計思路。研究者可以基于這一技術，進一步推動新型存儲器件的開發，特別是那些利用拓撲磁性結構的存儲技術。

　　3. Park: 請問Park AFM的哪些特性對您的研究最有幫助？

　　米博士：磁力顯微鏡(MFM)可以精確檢測樣品表面的磁疇分布，廣泛用于表征各種材料在納米尺度上的磁性特性。在測量中，可通過兩次掃描獲得磁性和形貌信息：第一次掃描使用非接觸模式來檢測樣品的表面形貌；第二次掃描讓磁性探針抬起一定的高度，并按樣品表面起伏軌跡，通過測量懸臂振蕩的振幅和相位來生成MFM圖像，在磁信號的獲取中消除了表面形貌的影響。在本工作中，在第一次掃形貌時通過調節setpoint值增加磁性針尖對樣品的影響，利用針尖的雜散場對樣品本身的磁性結構進行切割，同時在第二次掃描中獲取切割后的信號，由此實現迷宮疇到skyrmion狀態的變化。

　　4. Park: 為什么Park原子力顯微鏡對您的研究至關重要？

　　米博士：Park原子力顯微鏡在研究中非常關鍵，因為它為我們提供了高精度的磁性表征技術。MFM技術能夠在納米尺度上無損地獲取樣品表面的磁性結構圖像，為研究磁性skyrmions的形成、操控及相互作用提供了重要的實驗工具。通過MFM技術，我們能夠對不同拓撲電荷的skyrmion進行定制和操控，這對于探索自旋電子器件的發展具有重要意義。

　　論文研究成果介紹：

　　*** 以下中文介紹內容來自中國人民大學大學物理學院網。

　　http://www.phys.ruc.edu.cn/info/1033/2150.htm

　　 拓撲磁性結構作為未來自旋電子器件的有前景候選者，展現出獨特的性能，有望顛覆信息存儲與處理領域。其中，磁性skyrmions因其優越的穩定性、小尺寸以及對外部操控具有可調響應而被廣泛應用于不同的自旋電子器件，包括軌道存儲器、邏輯門和神經形態計算等領域。盡管已有多種宏觀方法（例如施加外部刺激，包括應變、電場、熱效應及激光脈沖等）被用于調節skyrmions的性質，但使用微觀方法對不同拓撲荷數的拓撲孤子進行操控仍未得到充分探索。如果能夠實現對局域拓撲電荷的調控，就可以構建出特殊的skyrmions異質結構，從而推動自旋電子學的發展。

　　 由于其獨特的物理特性，如巨隧道磁阻效應和強自旋軌道耦合，使二維范德華鐵磁材料成為自旋電子學研究中備受青睞的理想平臺。近年來，包括Cr₂Ge₂Te₆、CrI₃、Fe_nGeTe₂（n = 3、4或5）和CrTe₂在內的多種材料已被證實能夠產生磁性skyrmion。Fe₃GaTe₂作為一種在室溫下表現出鐵磁性和拓撲霍爾效應的材料，為室溫穩定操控skyrmion提供了可能，也為實現基于skyrmion自旋結構的拓撲工程提供了理想的實驗平臺。

　　 文章利用MFM技術，在Fe₃GaTe₂材料中成功實現了對skyrmions的精細操縱，并取得了較高的操控精度。研究者通過精細調控MFM探針尖端的雜散場，成功實現了skyrmion的可控形成與擦除的過程，并首創構建了具有相反拓撲電荷（S = ±1）的skyrmion共存態，即拓撲skyrmion結（TSJ）。這一技術有望為基于skyrmion的存儲設備引入全新的二進制位表示方法，為自旋電子學領域的發展注入新的活力。

　　 進一步的研究表明，特殊的TSJ結構不僅提高了電子的傳輸效率，降低了器件電阻，而且還是作為二維異質結的組成材料，能夠利用其周期性局域磁場和拓撲電荷的近鄰效應來調控實現奇異超導量子態等。此外，TSJ隨著磁場的變化揭示了具有不同拓撲電荷的skyrmions晶格會表現出截然不同的拓撲特性。