近日，中外明升体育app家合作首次在实验中发现磁霍普夫子（Hopfion）。相关成果发表于《自然》杂志。同期以News&Views（手机版和观点）的专题文章加以评论。
记者获悉，该研究由华南理工大学教授郑风珊、德国于利希研究中心彼特·格林伯格研究所Nikolai S. Kiselev博士、Stefan Blügel教授，瑞典乌普萨拉大学博士Filipp N. Rybakov博士、北京工业大学杨鲁岩博士和德国于利希研究中心恩斯特·卢斯卡电镜中心石文博士、Rafal E. Dunin-Borkowski教授等学者合作完成。
“霍普夫子”以德国数学家海因茨-霍普夫的名字命名，其概念由来可追溯到由英国物理学家托尼-斯凯尔姆在1962年首次提出的“拓扑孤子”。2009年，明升体育app家首次在磁体中发现了拓扑孤子，为了纪念托尼-斯凯尔姆，将其称为斯格明子。
一般认为，磁斯格明子是由电子自旋在空间上构成的一类二维旋涡状结构，从样品上表面贯穿到下表面，形成了斯格明子弦。理论上，如果把两个末端连接起来，会进一步形成一类三维拓扑磁孤子——磁霍普夫子。但目前为止，实验上尚未发现强有力的证据表明磁霍普夫子的存在。
研究人员利用了透射电子显微镜磁成像技术和微磁学计算，在立方铁锗合金中观察到了与斯格明子弦耦合的霍普夫子，并提供了诱导产生这类霍普夫子的实验方法，取得了高度可重复的实验结果。
该形核方法通过改变外部磁场的方向，同时保证磁场足够弱，以确保斯格明子弦在转换过程中保持完整，也得保证磁场足够强，足以改变样品边缘材料的磁状态；通过来回切换磁场方向，这种边缘调制的闭合磁结构会持续稳定存在，进一步通过增加磁场强度，形成与斯格明子弦耦合的霍普夫子。
该研究还提供了统一的斯格明子-霍普夫子的同伦分类，并深入探讨了手性磁体中拓扑孤子的多样性。这一突破性发现为未来磁性材料、自旋电子学和非传统计算等领域的发展提供新思路，也为新型功能器件的设计和开发提供了有力支持。
上述研究工作得到国家自然明升体育app基金和中央高校业务费的支持，也得到明升官网明升体育app院强磁场明升体育app中心研究员杜海峰课题组的高质量样品支持。
相关论文信息：http://doi.org/10.1038/s41586-023-06658-5
News&Views相关信息: http://doi.org/10.1038/d41586-023-03502-8
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