拓扑磁结构如斯格明子因其粒子特性和拓扑保护性,被视为下一代高密度、低功耗自旋电子学器件的信息载体。相较于传统斯格明子,反斯格明子因其独特的零霍尔角输运特性及电学可调性,在赛道存储等应用中展现出巨大潜力。然而,二维体系中反斯格明子的稳定机制,仍有待深入探索。
课题组利用第一性原理计算与原子自旋模拟,系统研究了具有对称性的MX2 (NbO2, NbS2, NbSe2, MoS2 and MoSe2)单层中反斯格明子的形成机制,阐明了磁阻挫与各向异性DMI之间的竞争与协同关系对磁结构形成的影响。单层MoS2体系即具备显著的本征各向异性DMI与阻挫交换作用,能在无外场下形成反斯格明子-蠕虫状磁畴混合态。通过双轴应变的精细调控,单层MoS2可实现阻挫强度与DMI强度的连续可调,实现从扭曲自旋螺旋态到孤立反斯格明子的连续磁相变。进一步的磁参数分析表明,磁阻挫可将稳定反斯格明子所需的临界DMI阈值降低70%,并将其直径压缩至亚2 nm尺度,从而显著拓展了反斯格明子的稳定相空间。在中等强度的阻挫和DMI的竞争下,体系还被预测可稳定嵌套反斯格明子等新奇拓扑自旋纹理。该工作不仅阐明了二维体系中稳定多手性磁结构的物理机制,也为实现超紧凑、零霍尔角输运的拓扑自旋电子学器件奠定了重要的理论基础。
该研究成果以“Antiskymions in two-dimensional magnets: Tunable interplay between magnetic frustration and anisotropic Dzyaloshinskii-Moriya interaction”为题发表在凝聚态物理著名期刊《Physical Review B》上。济南大学张昌文教授为该论文通讯作者,2023级硕士研究生张昕为该论文第一作者。该工作得到了山东省自然科学基金项目(ZR2025MS46)的支持。
