室温Skyrmion材料FeGe磁性临界行为研究取得新进展
强磁场科学中心研究人员对接近室温Skyrmion材料FeGe的磁性临界行为进行了研究，并取得了新进展。研究发现，FeGe体系中的自旋耦合属于短程相互作用，并且存各项异性的磁性相互作用。该研究成果以“Critical phenomenon of the near room temperature skyrmion material FeGe”为题在线发表在《科学报告》杂志上 (Scientific Reports 6, 22697； doi: 10.1038/srep22397 (2016))。
磁性Skyrmion是近几年发现的新型拓扑纳米磁结构，是一种拓扑稳定的涡旋状自旋构型。研究表明：1. 很小的电流就可以驱动其运动，可以大大降低能耗；2. 由于其具有拓扑性，因此具有很的高稳定性；3. 纳米级尺寸，可以大大提高存储密度。基于低能耗、高稳定、高存储密度的优势，磁性Skyrmion在磁存储自旋电子器件中具有潜在的应用价值。此外，近期已经成功实现了单个Skyrmion的写入和擦除，为实现Skyrmion量子器件提供了更多可能，有力推进了研究的进程。
B20螺旋磁性FeGe，是一种非中心对称立方结构材料，在接近室温出现Skyrmion态（TC ~ 280K，7℃左右）。这是B20体系中出现Skyrmion态温度最高的材料，也是目前最有希望成为下一代自旋电子器件的Skyrmion材料。FeGe中的非中心对称结构导致的弱Dzyaloshinskii-Moriya (DM)相互作用和强的反铁磁交换作用之间的竞争，导致了周期性的长程螺旋磁基态。Skyrmion相就出现在居里温度以下极窄的温度和磁场区域。此外，FeGe还表现出其它的复杂磁性行为，如自旋再取向等。目前，对这一体系中复杂多样的磁相互作用机理尚不清楚。
强磁场中心研究人员对Skyrmion材料的临界行为进行了系统研究。前期研究表明，在传统的Skyrmion材料MnSi中，相变临界点的临界行为是三重临界行为，其微观磁性耦合属于长程相互作用（Phys Rev. B 91,024403 (2015), J. Alloys Compd. 649, 46）。而对临近室温Skyrmion材料FeGe磁性临界行研究表明，FeGe材料中螺旋磁有序是一种短程的自旋相互作用造成的，磁交换作用随着距离快速衰减，其衰减函数为J (r) ≈ r −4.9，这一结果接近三维海森堡理论模型的结果（r-5）。此外，研究还发现，FeGe体系中存在各向异性的磁耦合作用。这一研究进展对于探索Skyrmion材料微观物理机制具有重要意义。
本项研究工作得到了稳态强磁场实验装置的支持，受到国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金、大科学装置联合基金、综合科学中心高端用户基金等项目的支持。
