拓扑磁结构家族再添新成员：科学家发现多拓扑荷特性“磁束子”

磁铁一直被广泛应用于计算机存储器之中，因为其“向上”或“向下”的磁性状态可以不断“翻转”，用以写入或编码数据，并存储信息，且磁存储器属于非易失存储器，因此信息可以存储在设备上而无需刷新。

但它有一个明显的缺点，那就是需要大量的能量来维持磁极翻转。

近几年发现的一种名为斯格明子的磁性粒子，为磁存储器的高耗能提供了一种解决方案。

磁性斯格明子是一种具有手性自旋的纳米磁畴结构，它具有拓扑保护性、低驱动电流密度，以及磁、电场和温度等多物理调控的特性，是未来高密度、高速度、低能耗信息存储器件的核心理想存储单元。

后来，科研人员在磁性材料中又发现了磁麦韧、磁泡斯格明子、磁浮子、磁霍普夫子等拓扑磁结构。

对于这些拓扑磁结构的深入研究，逐渐形成了当前自旋电子学的重要研究分支——拓扑磁电子学。

拓扑磁电子学研究的核心科学问题是拓扑磁结构的产生和操控。

然而，传统拓扑磁结构的拓扑荷多是单位拓扑荷（0或±1）。尽管已有“磁斯格明子袋”（Skyrmion bag）和“多拓扑态磁涡旋”等多拓扑态磁结构理论提出，但从未在实验上进行证实。

中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心联合安徽大学、美国新罕布什尔大学，首先通过三维微磁学计算模拟提出了一种由中间层“磁斯格明子袋”与表面层“多拓扑态磁涡旋”结合的三维多拓扑态磁结构。考虑其构型类似于超导重超导涡旋束，这种磁结构被命名为“磁斯格明子束子”（Skyrmion Bundles），简称“磁束子”。

这一发现将拓扑磁电子学研究对象从单位拓扑荷扩展到多拓扑荷，揭示了磁性材料中拓扑磁结构的多样性，为未来开发多态存储、逻辑及信息处理器件提供了新的数据载体研究对象，有望开辟拓扑磁电子学研究新领域。

相关研究成果发表在Nature Nanotechnology上。

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