港中大（深圳）研究人員首次觀測到磁斯格明子霍爾效應
? ? ? 磁性斯格明子（magnetic skyrmions）是一種具有準粒子特性的拓撲自旋構形，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動能耗低等特性，磁斯格明子極可能成為未來自旋電子器件的重要組成部分。理論預言電流驅動的磁性斯格明子會表現出霍爾效應（Hall effect）的動力學行為，但實驗上還未能觀察到該現象。
? ? ? 近期，由來自香港中文大學（深圳），清華大學，阿貢國家實驗室，加州大學洛杉磯分校，奧克蘭大學和布林莫爾學院的眾多物理研究人員組成的國際團隊從實驗上首次直接觀測到了磁性薄膜中的斯格明子霍爾效應，并揭示了其與傳統電荷霍爾效應的相似性。斯格明子霍爾效應的實驗觀察將有可能為其學科領域創造新的契機，例如拓撲選擇等。相應的實驗結果于在9月19日在線發表在《自然·物理學》（Nature Physics）上（doi:10.1038/nphys3883）。清華大學江萬軍博士與香港中文大學（深圳）理工學院周艷教授團隊研究助理張溪超為該論文的并列第一作者。周艷教授團隊的貢獻主要是從理論和數值模擬角度闡釋實驗結果。
? ? ?周艷教授在采訪中提到這項研究成果的重要性。“在傳統霍爾效應中，電流驅動帶電粒子將受到洛倫茲力而產生橫向漂移。假如有這樣一個準粒子，不帶電荷但具有拓撲數，其在被電流驅動時會不會具有類似的橫向漂移呢？基態磁性斯格明子的拓撲數為1，是檢測這個假設的理想研究對象。在本項研究中，我們利用自旋霍爾效應產生的自選轉矩驅動斯格明子在磁性薄膜中運動，讓其運動從蠕動狀態逐漸轉變到穩直狀態。在此過程中，斯格明子表現出了霍爾效應。傳統霍爾效應產生的起源是電荷在外磁場中受洛倫茲力的作用，而斯格明子霍爾效應的產生原于其拓撲結構在電流驅動下受Magnus力的作用。我們發現，在室溫下，電流密度小于107A/cm2的驅動電流引起的斯格明子霍爾角可達到15度。斯格明子霍爾效應的成功觀察將會為這個新興領域創造新的契機。”
? ? ??團隊成員張溪超也對本項研究成果作出評論。“實驗觀察到的斯格明子霍爾效應與理論預言的理想材料中的斯格明子霍爾效應未完全吻合，這表明斯格明子的動力學行為可能受到了真實材料中缺陷的影響。這項研究成果加深了我們對斯格明子動力學行為的理解，對今后基于斯格明子的設備的研發將起到指導作用。”
? ? ? 該論文是周艷教授團隊在斯格明子物理及應用方面的代表性研究成果之一，周艷教授團隊及合作者還取得其他一些具有里程碑意義的成果。
? ? ?《物理學評論B》（Physical Review B）在9月19日也在線發表了周艷教授團隊與日本東京大學，日本信州大學，北京航空航天大學，以及中南大學的合作研究成果（doi: 10.1103/PhysRevB.94.094420），該論文的第一作者為周艷教授團隊成員張溪超，周艷教授與東京大學江澤雅彥博士為共同通訊作者。這篇文章報道了在納米結構中如何操控磁性skyrmionium。
? ? ? 此外，《電氣與電子工程師協會會報》（Proceedings of the IEEE）將于今年10月10日發表了周艷教授與北京航空航天大學合作并以共同通訊作者身份撰寫的一篇邀請綜述（doi:10.1109/JPROC.2016.2591578）。該篇綜述闡述了斯格明子在電子應用方面的現狀及展望。《Proceedings of the IEEE》創刊于1913年，是IEEE最古老的雜志之一，目前影響因子為5.629，也是近年來深圳市首次在這個期刊上發表論文。
? ? ? 周艷教授總結道，“我們的研究成果將會對自旋電子學科領域的拓撲磁結構的研究產生重要影響，推動該學科的發展”。
文字：夏靜?
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