本网讯（物质科学与信息技术研究院）近期，安徽大学新型拓扑磁性材料与存储器件团队，在磁霍普夫子构筑方面取得突破性进展，相关研究成果以“Electrically writing a magnetic heliknoton in a chiral magnet”（DOI:10.1038/s41563-025-02450-0）为题，在线发表于国际权威期刊Nature Materials。物质科学与信息技术研究院宋东升教授，中国科学院强磁场科学中心杜海峰研究员和刘艺舟研究员为论文共同通讯作者，安徽大学为通讯作者单位。
1975年，Ludvig Faddeev提出了一类三维拓扑孤子，其拓扑特性可由霍普夫荷（Hopf charge）描述，因此被称为霍普夫子（hopfion）。作为一类普适的三维拓扑结构，霍普夫子以其环、链、扭结等丰富拓扑特征，深刻关联着从托卡马克聚变约束、量子场激发到早期宇宙弦等一系列跨越微观到宏观尺度的物理核心前沿问题。由于其高度的物理普适性，在实验室中实现霍普夫子的稳定生成和可控操控，被认为是探索相关普适物理规律、降低研究门槛的关键途径。然而，受限于模型的高度复杂性，长期以来霍普夫子的研究主要停留在理论层面。实验上，仅在极少数物理体系中观测到了静态的霍普夫子，对其动态特性与实际操控的实验研究更是空白，严重阻碍了相关研究的发展。
针对上述挑战，研究团队基于手性磁体模型与霍普夫子普适模型间的深层同构性，利用电流的自旋转移矩和热激发效应，首次在手性磁体FeGe中实现了磁霍普夫子的电学可控生成，并可在零外磁场条件下稳定存在。为揭示磁霍普夫子的真实三维结构，研究团队结合角度依赖的定量电子全息技术与微磁模拟，对其转角相位进行了系统解析，在实验上确认了磁霍普夫子的三维拓扑构型。进一步的原位洛伦兹电学实验表明，所构筑的磁霍普夫子可在电流驱动下实现可控运动，且表现出无霍尔偏转的独特动力学行为。这一成果为研究磁性材料、液晶和托卡马克等系统中霍普夫子普适物理提供了一个可扩展、可调控、可直接表征的实验平台。
图1 （a）霍普夫子三维结构图；（b）电子全息实验获得的磁霍普夫子磁力线分布图