港中大（深圳）研究人員首次觀測(cè)到磁斯格明子霍爾效應(yīng)
?????? 磁性斯格明子（magnetic skyrmions）是一種具有準(zhǔn)粒子特性的拓?fù)渥孕龢?gòu)形，可存在于具有螺旋交換作用的磁體中。由于其納米尺度及驅(qū)動(dòng)能耗低等特性，磁斯格明子極可能成為未來(lái)自旋電子器件的重要組成部分。理論預(yù)言電流驅(qū)動(dòng)的磁性斯格明子會(huì)表現(xiàn)出霍爾效應(yīng)（Hall effect）的動(dòng)力學(xué)行為，但實(shí)驗(yàn)上還未能觀察到該現(xiàn)象。
?????? 近期，由來(lái)自香港中文大學(xué)（深圳），清華大學(xué)，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，加州大學(xué)洛杉磯分校，奧克蘭大學(xué)和布林莫爾學(xué)院的眾多物理研究人員組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)上首次直接觀測(cè)到了磁性薄膜中的斯格明子霍爾效應(yīng)，并揭示了其與傳統(tǒng)電荷霍爾效應(yīng)的相似性。斯格明子霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)觀察將有可能為其學(xué)科領(lǐng)域創(chuàng)造新的契機(jī)，例如拓?fù)溥x擇等。相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果于在9月19日在線發(fā)表在《自然·物理學(xué)》（Nature Physics）上（doi:10.1038/nphys3883）。清華大學(xué)江萬(wàn)軍博士與香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院周艷教授團(tuán)隊(duì)研究助理張溪超為該論文的并列第一作者。周艷教授團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)主要是從理論和數(shù)值模擬角度闡釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
?????? 周艷教授在采訪中提到這項(xiàng)研究成果的重要性。“在傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)中，電流驅(qū)動(dòng)帶電粒子將受到洛倫茲力而產(chǎn)生橫向漂移。假如有這樣一個(gè)準(zhǔn)粒子，不帶電荷但具有拓?fù)鋽?shù)，其在被電流驅(qū)動(dòng)時(shí)會(huì)不會(huì)具有類似的橫向漂移呢？基態(tài)磁性斯格明子的拓?fù)鋽?shù)為1，是檢測(cè)這個(gè)假設(shè)的理想研究對(duì)象。在本項(xiàng)研究中，我們利用自旋霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的自選轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)斯格明子在磁性薄膜中運(yùn)動(dòng)，讓其運(yùn)動(dòng)從蠕動(dòng)狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變到穩(wěn)直狀態(tài)。在此過(guò)程中，斯格明子表現(xiàn)出了霍爾效應(yīng)。傳統(tǒng)霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的起源是電荷在外磁場(chǎng)中受洛倫茲力的作用，而斯格明子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生原于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在電流驅(qū)動(dòng)下受Magnus力的作用。我們發(fā)現(xiàn)，在室溫下，電流密度小于107A/cm2的驅(qū)動(dòng)電流引起的斯格明子霍爾角可達(dá)到15度。斯格明子霍爾效應(yīng)的成功觀察將會(huì)為這個(gè)新興領(lǐng)域創(chuàng)造新的契機(jī)。”
??????? 團(tuán)隊(duì)成員張溪超也對(duì)本項(xiàng)研究成果作出評(píng)論。“實(shí)驗(yàn)觀察到的斯格明子霍爾效應(yīng)與理論預(yù)言的理想材料中的斯格明子霍爾效應(yīng)未完全吻合，這表明斯格明子的動(dòng)力學(xué)行為可能受到了真實(shí)材料中缺陷的影響。這項(xiàng)研究成果加深了我們對(duì)斯格明子動(dòng)力學(xué)行為的理解，對(duì)今后基于斯格明子的設(shè)備的研發(fā)將起到指導(dǎo)作用。”
?????? 該論文是周艷教授團(tuán)隊(duì)在斯格明子物理及應(yīng)用方面的代表性研究成果之一，周艷教授團(tuán)隊(duì)及合作者還取得其他一些具有里程碑意義的成果。
?????? 《物理學(xué)評(píng)論B》（Physical Review B）在9月19日也在線發(fā)表了周艷教授團(tuán)隊(duì)與日本東京大學(xué)，日本信州大學(xué)，北京航空航天大學(xué)，以及中南大學(xué)的合作研究成果（doi: 10.1103/PhysRevB.94.094420），該論文的第一作者為周艷教授團(tuán)對(duì)成員張溪超，周艷教授與東京大學(xué)江澤雅彥博士為共同通訊作者。這篇文章報(bào)道了在納米結(jié)構(gòu)中如何操控磁性skyrmionium。
?????? 此外，《電氣與電子工程師協(xié)會(huì)會(huì)報(bào)》（Proceedings of the IEEE）將于今年10月10日發(fā)表了周艷教授與北京航空航天大學(xué)合作并以共同通訊作者身份撰寫的一篇邀請(qǐng)綜述（doi:10.1109/JPROC.2016.2591578）。該篇綜述闡述了斯格明子在電子應(yīng)用方面的現(xiàn)狀及展望。《Proceedings of the IEEE》創(chuàng)刊于1913年，是IEEE最古老的雜志之一，目前影響因子為5.629，也是近年來(lái)深圳市首次在這個(gè)期刊上發(fā)表論文。
?????? 周艷教授總結(jié)道，“我們的研究成果將會(huì)對(duì)自旋電子學(xué)科領(lǐng)域的拓?fù)浯沤Y(jié)構(gòu)的研究產(chǎn)生重要影響，推動(dòng)該學(xué)科的發(fā)展”。
