室温螺磁体中磁meron的三维磁结构和稳定性研究

Meron has been predicted as a novel magnetic spin structure with half integer topological number, and firstly experimentally observed in room temperature spiral magnet Co8Zn9Mn3 in the late of 2018. It has potential to be designed and constructed as spintronics device in future. However, the research about it is very rare. There is little information about its 3D micromagnetic structure, same as the mechanism and condition for its creation and evolution. Moreover, the stability of meron in highly geometrical system is also unknown. All of these are need to be explored. Based on these questions, this project is going to use micromagnetic simulation, and combine with real space observation techniques such as Lorentz transmission microscopy to systematically study it to obtain its 3D micromagnetic structure. With the help of focus ion beam technique, various shape and size microstructure samples such as nanostrips and nanodisks are prepared to investigate the stability of meron in highly geometrical system. We can gain the 3D magnetic structure and the rule of the generation, evolution and annihilation of meron. This project is expected to provide more theoretical and experimental understandings about meron, and pave a way for its application in future.

磁Meron是一种理论上预言具有半整数拓扑数的新颖磁结构，并于2018年在室温螺旋磁材料Co8Zn9Mn3中首次被实验证实，有望应用到未来的磁电子学器件的设计中。然而，磁meron的实验研究刚刚起步，对于它的具体三维磁结构信息、形成机制和条件、不同受限体系下的稳定性机制等，尚有待探索。针对以上问题，本项目拟结合微磁学模拟方法，利用洛伦兹透射电子显微镜等实空间观测手段，以Co8Zn8Mn3中的磁meron为研究对象，系统而全面地研究磁meron的三维磁结构，并利用聚焦离子束技术制备不同几何形状和尺寸的纳米条带和纳米盘样品，研究磁meron在受限体系中的稳定性及其产生、演化、湮灭的规律，为人们认识和理解磁meron提供理论和实验基础，为磁meron的实用化提供可能。

磁Meron是一种理论上预言具有半整数拓扑数的新颖磁结构，并于2018年在室温螺旋磁材料Co8Zn9Mn3中首次被实验证实，有望应用到未来的磁电子学器件的设计中。然而，磁meron的实验研究刚刚起步，对于它的具体三维磁结构信息、形成机制和条件、不同受限体系下的稳定性机制等，尚有待探索。针对以上问题，本项目结合微磁学模拟方法，利用洛伦兹透射电子显微镜等实空间观测手段，进行了以下研究：1）对meron以及磁斯格明子等其他拓扑磁结构的形成和稳定性进行了综述，分析和评述了当时的研究进展和相应的物理问题。2）对非中心对称材料Dy3Al2进行了合成并制成微纳米薄片，利用洛伦兹电镜观察，在该体系中发现了二类磁泡，未观察到磁meron，说明磁meron在单轴磁各向异性和非中心对称条件下难以稳定。3）对中心对称kagome材料DyMn6Sn6进行了合成，并利用磁光克尔观察到了复杂的磁结构，在该体系中未观察到磁meron，说明磁meron在单轴磁各向异性下难以稳定。4）在Fe3Sn2中利用脉冲电流实现了人工可调控的、在磁泡和磁斯格明子之间可逆的拓扑磁转变。本项目成果为人们认识和理解磁meron在不同体系中能否出现和稳定提供了实验参考，为探索更多新型磁结构提供了可能。