激光脉冲与纳米级调控实现稳定“斯格明子囊泡”，推动先进自旋电子学发展

近日，马克斯·玻恩研究所与合作机构的研究团队开发出一种可靠方法，可在铁磁薄膜中创建被称为“斯格明子囊泡”的复杂磁结构。这种环形拓扑富集的自旋纹理，超越了被广泛研究的单一斯格明子结构。

磁斯格明子是纳米尺寸的稳定磁化涡旋，在自旋电子学和数据存储领域具有应用潜力。其最简单的圆形结构已被深入研究——在磁性薄膜中自旋从外向内发生180°旋转，使得中心自旋方向与外部相反。

更复杂的构型包括“斯格明子ium”，其自旋完成360°旋转后中心与外部取向相同，形成环状结构。值得注意的是，这种环形结构内部可再次填充斯格明子，形成单填充的“靶型斯格明子”或多填充的“斯格明子囊泡”。

期刊《先进材料》封面以松饼模具为象征，展示了通过设计各向异性势场实现激光脉冲制备斯格明子囊泡的过程。一旦配方确立，这些磁纹理结构便能如同烘焙般轻松"出炉"
 

虽然理论已预测此类高阶构型，但在真实材料中实现可控制备始终存在挑战。最新发表于《先进材料》的研究（图1）表明，通过氦离子束聚焦照射引发的材料磁性纳米级修饰，能够促进这些高阶纹理的生成。这种局部各向异性修饰经过特殊设计，使得单次超快激光脉冲即可选择性地形成目标结构。研究团队利用马克斯·玻恩研究所特制的激光系统配合高分辨率X射线显微镜，直接观测到特征尺寸小于100纳米的磁纹理。

X射线磁显微图像展示了不同层级的斯格明子囊泡结构：从空心的斯格明子ium到填充四个斯格明子的囊泡（比例尺为500纳米）
 

研究人员成功制备了从空心的斯格明子ium到填充四个斯格明子的囊泡等多种结构（图2）。与纯磁场驱动方法相比，激光脉冲触发的斯格明子囊泡生成成功率显著提高。这种可重复、稳定的制备技术将成为未来时间分辨实验中研究高阶斯格明子动力学的关键前提。该工作为探索和利用薄膜材料中的复杂斯格明子态提供了实用路径，对实现纳米级拓扑调控的自旋电子器件迈出重要一步。