港中大（深圳）周艳教授团队在《自然通讯》发表揭示阻挫磁性材料拓扑磁结构的新奇动力学的研究论文

港中大（深圳）周艳教授团队在Nature Communications 发表研究论文，揭示阻挫磁性材料拓扑磁结构的新奇动力学

由港中大（深圳）理工学院周艳教授领导的、来自中日的科学家及研究人员揭示了阻挫磁性斯格明子与普通铁磁材料中的斯格明子完全不同的动力学特征。港中大（深圳）研究助理张溪超和在读博士研究生夏静以第一作者身份将研究结果发表在《自然通讯》杂志。

2016年诺贝尔物理学奖颁发给因在拓扑相变和物质的拓扑相方面的发现和贡献的David J. Thouless、F. Duncan M. Haldane和J. Michael Kosterlitz教授。随着这一奖项的颁出，拓扑这个抽象复杂却又与自然世界存在紧密联系的概念也渐渐映入人们的视野。在磁学领域中，一种独特磁畴壁结构的动力学物理也与其自身的拓扑结构息息相关。这种磁性结构被称作磁性斯格明子（magnetic skyrmion）。

磁性斯格明子是一种具有非零整数拓扑数的纳米磁结构，广泛存在于各种磁性材料中，可以被电流和磁场等操控。由于具备纳米量级的尺寸以及受拓扑保护等优势，磁性斯格明子在高密度信息存储和逻辑运算等自旋电子相关领域具有十分广阔的应用前景。因此，对磁性斯格明子动力学物理的基础研究，将为今后基于可控磁性斯格明子的自旋电子器件的研发铺下基石。

近期，由来自香港中文大学（深圳）理工学院周艳教授领导的、包括来自中国和日本的科学家深入研究了阻挫磁性材料中的斯格明子与反斯格明子，揭示了阻挫磁性斯格明子与普通铁磁材料中的斯格明子完全不同的动力学特征。该项研究工作在《自然通讯》杂志（Nature Communications）发表，文章的第一作者是香港中文大学（深圳）的研究助理张溪超，共同第一作者是同校在读博士研究生夏静。

   阻挫磁性材料中的斯格明子与反斯格明子

“螺旋性是阻挫磁性斯格明子的一个可控自由度”，港中大（深圳）研究助理张溪超说道。“在普通铁磁材料中，磁性斯格明子的基态螺旋性不存在简并，而在阻挫磁性材料中，磁性斯格明子的螺旋性具有两个简并基态。我们可以利用螺旋性锁定-解锁转换机制来调控这两个简并基态”。

“我们此项研究也阐述了阻挫斯格明子与阻挫反斯格明子之间的相互作用，解释这些基础物理现象对实际应用产品的开发具有指导意义和参考价值”，港中大（深圳）周艳教授解释道。他还指出，阻挫磁性斯格明子和反斯格明子可以用于构建逻辑运算器件，这也是他的科研团队一直在从事的研究。此项目受到国家自然科学基金面上项目，深圳市政府科创委研究项目，以及深圳市龙岗区政府重点实验室项目的鼎力支持。港中大（深圳）校领导以及学院领导对年轻老师的科研及课题组建设提供了有利条件，在人财物、技术、后勤、学术交流等多方面给予初创团队大力支持，同时港中大（深圳）也为学校师生提供了多样化的国际化合作交流平台，有利于各科研团队开展各方面的国际化合作。学校各个行政部门的高效率服务为教授们节省了大量的时间，使得教授们可以专心学术研究及教学。

周艳教授特别提到，这篇文章中的绝大部分研究工作是由第一作者港中文大学（深圳）的研究助理张溪超和博士生夏静开展的，导师只是给予了大方向上的指引。

周艳教授（中间）与学生们在港中大（深圳）2017逸夫书院正式晚宴上合影

此外，港中大（深圳）的应用自旋电子学实验室团队在2017年还有两项斯格明子方面的学术成果，分别发表在《新物理学报》（New Journal of Physics）和《应用物理学报》（Journal of Applied Physics）上。发表在《新物理学报》的文章是港中大（深圳）与德国科隆大学的合作研究成果，文章的第一作者是港中文（深圳）的研究助理张溪超。该篇文章报道了磁性斯格明子与自旋波的相互作用。另一篇发表在《应用物理学报》的文章是港中大（深圳）与北京航空航天大学赵巍胜教授团队以及日本信州大学刘小晰教授研究室的合作研究成果，文章的第一作者是港中大（深圳）在读博士研究生夏静。该篇文章报道了基于磁性斯格明子的微波应用。港中大（深圳）应用自旋电子学实验室取得的这一系列研究成果为构建未来新型的信息存储和大数据处理设备（如非易失计算设备）提供了重要理论依据。 

周艳教授（右二）与学生们合影

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  周艳教授简介

教育背景：

中国科技大学理学学士

香港理工大学硕士

瑞典皇家理工学院博士

研究领域：

自旋电子学

数据存储

微波通讯

 文章全文链接

X. Zhang et al., Skyrmion dynamics in a frustrated ferromagnetic film and current-induced helicity locking-unlocking transition, Nature Communications 8, 1717 (2017). DOI: 10.1038/s41467-017-01785-w.

X. Zhang et al., Motion of skyrmions in nanowires driven by magnonic momentum-transfer forces, New Journal of Physics 19, 065001 (2017). 

DOI: 10.1088/1367-2630/aa6b70.

J. Xia et al., A microwave field-driven transistor-like skyrmionic device with the microwave current-assisted skyrmion creation, Journal of Applied Physics 122, 153901 (2017). 

DOI: 10.1063/1.4999013.

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内容及图片由港中大（深圳）科研处提供

排版 / 吴秋呈（2015级经管学院学生）