近日，8188威尼斯娱人城材料基因组工程研究院曹桂新教授团队与复旦大学车仁超教授团队合作在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》（影响因子：19.0）上发表题为“Manipulating the Magnetic Bubbles and Topological Hall Effect in 2D Magnet Fe5GeTe2”的研究论文。
在二维范德华材料中发现长程铁磁有序引起了人们对低维基础物理及其在自旋电子学器件中的广泛研究。Fe5GeTe2（FGT）作为一种拓扑磁性斯格明子材料备受瞩目，其拓扑磁性斯格明子被认为是纳米级自旋纹理，可以作为信息载体，有望用于制备新型磁存储器件。其中，有效地操纵斯格明子，包括其自旋构型、密度和尺寸等参数，是构建二维范德华自旋电子器件的关键先决条件。
拓扑霍尔效应现象与拓扑斯格明子自旋纹理密切相关，当传导电子通过拓扑自旋纹理时，运动方向会发生偏转，产生额外的拓扑霍尔电压。这一现象与拓扑纹理的形状和位置无关，但依赖于拓扑纹理的数量。因此，拓扑霍尔效应成为识别磁性系统中拓扑自旋纹理数量的“电子探针”。尽管已经在FGT中观察到了各种拓扑自旋纹理和拓扑霍尔效应，然而，如何有效地操纵这些自旋纹理和拓扑霍尔效应仍然是一个难题，尤其是将具有不同拓扑电荷的自旋纹理与拓扑霍尔信号进行关联是一个巨大的挑战。
通过不同厚度调控Fe5GeTe2单晶中的自旋构型和拓扑霍尔效应
该研究结合洛伦兹电镜和输运测量，成功地在高质量的FGT晶体中实现了对磁泡和拓扑霍尔效应的有效操纵。研究发现，随着温度和单晶厚度的变化，FGT的磁晶各向异性和偶极相互作用发生改变，进而使得磁泡的密度和尺寸可以得到有效的调节。更为重要的是，通过改变FGT单晶厚度，研究者成功调控了磁泡的自旋构型。观察到拓扑斯格明子磁泡和拓扑平庸磁泡之间的拓扑相变，伴随着拓扑霍尔效应的变化。这项研究展示了在FGT中操纵自旋纹理和拓扑霍尔效应的可能性，为自旋电子学中二维范德华器件的设计提供了重要的信息，为未来新型磁存储器件的发展提供了新的思路。
复旦大学博士研究生吕晓伟和8188威尼斯娱人城材料基因组工程研究院博士研究生黄亚磊为共同第一作者。复旦大学车仁超教授和8188威尼斯娱人城材料基因组工程研究院曹桂新教授为论文共同通讯作者。该论文获得了科技部重点研发计划和国家自然科学基金项目的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202308560
