近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)中心低功耗量子材料研究團(tuán)隊(duì)研究員杜海峰與安徽大學(xué)教授宋東升、美國(guó)新罕布什爾大學(xué)教授臧家棟合作，首次實(shí)現(xiàn)了納米條帶存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)單元中電流誘導(dǎo)磁斯格明子（skyrmion）的寫(xiě)入、刪除及尋址一體化精準(zhǔn)操控，為構(gòu)筑拓?fù)浯判源鎯?chǔ)器提供了原理性支撐。相關(guān)研究成果發(fā)表在Nature communications上。
磁斯格明子是一種具有非平庸拓?fù)涮匦缘拇沤Y(jié)構(gòu)，具有尺寸小、穩(wěn)定性高、電流易操控等優(yōu)點(diǎn)，有望作為下一代數(shù)據(jù)載體，構(gòu)筑突破傳統(tǒng)磁存儲(chǔ)技術(shù)限制的磁電子學(xué)器件。磁斯格明子存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)方案早在2013年就已被提出【J. Iwasaki et al.,Nat. Nanotechnol. 8, 742 (2013)】，但在實(shí)驗(yàn)上遇到了極大挑戰(zhàn)。其關(guān)鍵在于器件設(shè)計(jì)要在納米條帶邊緣制備一個(gè)與單個(gè)磁斯格明子大小和形狀均可比擬的幾何缺口，以實(shí)現(xiàn)拓?fù)浯糯鎯?chǔ)的寫(xiě)入和擦除功能。然而，利用傳統(tǒng)技術(shù)制備的納米條帶厚度和形狀不均勻，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)磁斯格明子運(yùn)動(dòng)所需電流密度大且不均勻，會(huì)產(chǎn)生高的焦耳熱效應(yīng)，導(dǎo)致磁斯格明子可控性差。同時(shí)，用傳統(tǒng)技術(shù)制備出的缺口特征尺寸在微米量級(jí)，遠(yuǎn)大于理論設(shè)計(jì)尺寸，使得磁斯格明子的產(chǎn)生極不可控。以上原因?qū)е略谝粋�(gè)納米器件結(jié)構(gòu)單元中同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫(xiě)、擦除及尋址三個(gè)功能一直無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
針對(duì)這些問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并研制出易于精細(xì)加工納米微結(jié)構(gòu)的透射電鏡原位加電芯片，擴(kuò)展了洛倫茲透射電鏡原位加電功能。同時(shí)，基于前期聚焦離子束樣品制備技術(shù)的積累，制備出厚度均勻、表面平整的器件CoZnMn納米結(jié)構(gòu)單元，并控制邊緣缺口的尺寸（~ 280 nm）和CoZnMn中單個(gè)磁斯格明子大小可比擬（~ 110 nm），實(shí)現(xiàn)了電流脈沖誘導(dǎo)的磁斯格明子的產(chǎn)生和寫(xiě)入。通過(guò)控制脈沖的寬度及電流密度實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生磁斯格明子的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)尋址。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)控制電流脈沖方向，利用邊緣缺口消除斯格明子，最終在一個(gè)器件結(jié)構(gòu)單元中實(shí)現(xiàn)了磁斯格明子的產(chǎn)生、擦除和驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)一體化電操控，展示了原理性器件寫(xiě)、擦除和尋址功能。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，寫(xiě)入電流密度最低為~3.5×1010A/m2、擦除電流密度最低為~1.2×1010A/m2、尋址電流密度最低為~0.5×1010A/m2。這些值比操控傳統(tǒng)磁疇所需的納米脈沖電流密度低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，展示了磁斯格明子賽道原理性存儲(chǔ)器的低能耗優(yōu)勢(shì)。
（磁斯格明子產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)及消除一體化電操控）
