本网讯（材料科学与工程学院）磁斯格明子作为一种具有非平庸拓扑特性的纳米磁结构，在低能耗、高密度、高速度的信息存储与逻辑运算方面展现出巨大潜力，是新一代自旋电子器件的理想信息载体。实现对单个斯格明子的精准调控，以及在纳米尺度下对其结构与手性进行可靠成像，是推动其走向实际应用的关键科学问题。
基于此，我校材料科学与工程学院王守国教授团队与合作者聚焦于B20结构Mn₀.₅Fe₀.₅Ge晶体中10-15纳米超小斯格明子晶格的成像挑战。通过洛伦兹透射电镜菲涅尔成像模式，揭示了改变离焦量会导致图像磁衬度发生周期性反转（亮暗交替），使得传统依赖黑白衬度判定斯格明子手性的方法失效。结合离轴电子全息与微磁模拟，阐明该反常现象源于衬度传递函数的正弦调制机制：周期性超小斯格明子晶格的空间频率与离焦量耦合，引起衍射束干涉条件周期性变化，进而导致实空间衬度反转。研究进一步建立了衬度反转周期Δf与斯格明子尺寸λₛₖ的强关联，尺寸越小，Δf越短。该工作明确指出，对纳米尺度斯格明子晶格，传统菲涅尔衬度分析法已不再可靠，须采用多尺度成像技术并结合物理机制分析，为超小拓扑磁结构的可靠表征提供了重要的方法学依据。上述研究成果以“Fresnel Magnetic Imaging of Ultrasmall Skyrmion Lattices”为题，发表于国际知名期刊《Advanced Science》上，材料学院博士后张永森和物质科学与信息技术研究院刘威博士为共同第一作者，安徽大学为第一完成单位（DOI:10.1002/advs.202509786）。
图1：（a）-（c）在离焦值分别为20、100和180微米时获得的菲涅尔图像；（d）斯格明子尺寸(λsk)与Δf的依赖关系。
此外，团队在具有S₄对称性的Fe₁.₉₆Ni₀.₈₄Pd₀.₂P纳米盘中，实现了对单个拓扑磁结构的精准操控。通过将纳米盘尺寸限域至680纳米并调控面内磁场，在室温下直接观测到两种椭圆形斯格明子与四种磁泡之间的可逆拓扑相变，其机制源于布洛赫线位移导致的拓扑电荷（1↔0）切换。模拟计算从能量路径上证实了这一过程。该工作为在强限域纳米结构中利用多种拓扑磁态进行多态信息存储与逻辑运算提供了关键的实验与理论基础，并指出了未来利用电流驱动实现更快速度操控的潜力。该成果以“Controlled topological transitions between individual skyrmions and bubbles in a Fe1.96Ni0.84Pd0.2P nanodisk”为题发表于《Applied Physics Reviews》期刊上，材料学院博士后张永森为第一作者，安徽大学为第一完成单位（DOI: 10.1063/5.0253074）。
图2： 由沿[110], [110],[110]和[110]方向的面内磁场分别诱导，产生的逆时针斯格明子、顺时针斯格明子以及具有不同对称性的磁泡之间的转变。
上述研究从“态的可控性”和“像的可靠性”两个维度，深化了对纳米尺度拓扑磁结构的理解与操纵能力，为发展基于斯格明子的高密度、低功耗自旋电子器件奠定了坚实的理论与实验基础。