本网讯（物理与光电工程学院）近日，物理与光电工程学院汤进教授团队在拓扑磁结构探索研究中取得新进展，论文以“Skyrmion-Bubble Bundles in An X-type Sr2Co2Fe28O46 Hexaferrite Above Room Temperature”为题发表在Advanced Materials期刊上。汤进教授为第一作者，安徽大学为第一单位，吴耀东高级实验师和杜海峰研究员为通讯作者，物理学院田明亮教授、材料学院王守国教授等为论文的重要合作者。室温斯格明子束缚态的成功实验观测，将推动基于拓扑荷自由度的新型自旋电子学器件的构筑。
图1 六角铁氧体中丰富的多拓扑荷偶极斯格明子束缚态
磁斯格明子是一类涡旋状拓扑磁结构，是新一代拓扑自旋电子学器件的理想信息载体。斯格明子丰富的电学磁学特性源于其独特的拓扑性，称之为磁拓扑荷。然而，斯格明子的拓扑荷是一个固定序参量1。斯格明子束缚态（也称磁束子）是一个闭合螺磁畴包围多个斯格明子组合体的复杂拓扑磁结构，具有任意整数拓扑荷等特点，能够大大拓展拓扑自旋电子学器件信息载体库，进一步开发基于拓扑荷自由度的新型自旋电子学器件，如霍尔天平赛道存储、多重信息编码和数据分箱器件等。然而，复杂磁束子的不同单元对外磁场需求条件不一致，实验实现是巨大挑战。
汤进教授团队长期从事拓扑自旋结构探索与功能器件原理性研究，他们基于螺磁态到斯格明子晶格一级相变性质，提出了反转磁场方法可控诱导生成多拓扑荷磁结构，在手性螺旋磁性材料FeGe中率先观测到了多拓扑荷磁束子及其拓扑关联动力学行为（Nature Nanotechnology 16: 1086 (2021)）。但FeGe的磁有序温度较低（278 K），需要进一步在室温及以上实现磁束子。
研究团队联合中科院强磁场科学中心杜海峰研究员和合肥师范学院吴耀东高级实验师等，报道了一类新型偶极斯格明子材料：X-型六角铁氧体Sr2Co2Fe28O46，其居里温度高达750 K，斯格明子尺寸在200 nm左右。进一步，他们通过反转磁场方法，成功在室温及以上实现了丰富的偶极斯格明子束缚态结构，如图1所示。不同于手性斯格明子束缚态，偶极斯格明子束缚态具有多重内部斯格明子-磁泡组合形式、优异的室温稳定性和磁场可调的拓扑荷转变等特征。