华南先进光电子研究院侯志鹏副研究员

在《Nature Communications》发表高水平研究论文

（华南先进光电子研究院  供稿）

 

近日，我校华南先进光电子研究院先进材料研究所青年拔尖人才侯志鹏副研究员在磁性斯格明子电场调控方面取得重要研究进展，其研究成果以《Electric-field-driven Non-volatile Multi-state Switching of Individual Skyrmions in a Multiferroic Heterostructure》为题发表在Nature Communications （DOI:10.1038/s41467-020-17354-7）。侯志鹏和我校“珠江学者”高兴森研究员为论文共同通讯作者，刘俊明教授等为主要合作作者，博士研究生王亚栋为论文第一作者，华南师范大学为第一单位。

磁性斯格明子（Magnetic skyrmions）是一类具有纳米尺度的拓扑涡旋磁畴结构。因其具有拓扑保护及低理论驱动电流密度（10⁶A/m²）等特性，被认为是构建未来高密度、高速度、低能耗存储器件的理想信息载体。然而目前调控磁性斯格明子所需的电流密度（10⁹-10¹¹A/m²）远大于理论值，器件能耗依然较高。因此，如何降低磁性斯格明子存储器件的能耗成为该领域亟需解决的科学问题。

在该研究工作中，作者巧妙地设计出基于压电单晶Pb(Mg_1/3N_2/3)O₃-PbTiO₃ (PMNPT)与[Pt/Co/Ta]_n磁性纳米岛的铁电/铁磁多铁异质结，其中纳米岛的几何受限效应使得磁性斯格明子可以在不加磁场的情况下稳定存在。随着PMNPT上施加电压大小的改变，在纳米岛上会出现条纹畴-斯格明子-涡旋态的三态转变。由于该转变基于电场调控，与电流调控相比，其能耗大大降低。更为重要的是，该调控具有非易失性，可以通过施加脉冲电场的方式实现，并且无需辅助磁场，非常贴近实际应用。该项工作展示了基于铁电/铁磁多铁异质结，构筑低能耗、非易失、多态磁性斯格明子存储器件的可能性。

侯志鹏于2018年9月加入华南先进光电子研究院刘俊明教授、高兴森教授团队，主要从事新型拓扑磁性功能材料开发及多场调控。该研究工作是侯志鹏入职我校后基于研究院和团队创新平台独立发表的成果，也是我校高水平大学建设物理交叉学科群的发展以及学校物理学国家“双一流”学科建设的成果。该研究工作也得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金青年项目、广东省光信息材料与技术重点实验室以及广州市科技局项目的支持。

近年来，侯志鹏以第一/通信作者在《Nature Communications》、《Advanced Materials》、《ACS Nano》、《Nanoletters》《Physical Review B》和《Applied Physics Letters》等国际著名期刊发表论文25篇，其中包含拓扑磁性材料专题综述论文3篇。

                                                                 图1

图2  a.铁电/铁磁多铁异质结器件示意图；b. 铁电/铁磁多铁异质结纳米点阵列；c.异质结横截面结构图；d.不施加外电场时磁畴状态随纳米点直径变化

图3  a.随电压变化[Pt/Co/Ta]₁₂纳米点中条纹畴-斯格明子的二态连续转变; b.随电压变化 [Pt/Co/Ta]₈纳米点中条纹畴-斯格明子-面内涡旋畴的三态连续转变

图4  论文题目、作者和单位

 

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-17354-7

拟稿人：侯志鹏             审核人：陈必华书记