斯格明子起源于粒子物理學(xué)，代表了在凝聚態(tài)磁性材料中發(fā)現(xiàn)的獨(dú)特拓?fù)浼ぐl(fā)。這些結(jié)構(gòu)以旋渦或環(huán)狀自旋排列為特征，具有非凡的特性，使其成為下一代磁存儲(chǔ)和邏輯器件的潛在候選者。

然而，探測(cè)斯格明子傳統(tǒng)上依賴于拓?fù)浠魻栃?yīng)，該效應(yīng)僅限于金屬系統(tǒng)。隨著拓?fù)浯判圆牧项I(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，迫切需要適用于更廣泛系統(tǒng)的表征技術(shù)，包括非金屬斯格明子。最近，發(fā)表在《自然物理》的一項(xiàng)研究，用二維材料中拓?fù)淇藸栃?yīng)的概念解決了這一難題。

材料中的拓?fù)洮F(xiàn)象的特性是在連續(xù)變形下保持不變。這些屬性通常由拓?fù)洳蛔兞棵枋觯@是在此類變形下保持恒定的整數(shù)量。在磁性的背景下，像斯格明子這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，展示了量子化的拓?fù)潆姾桑顾鼈儗?duì)擾動(dòng)具有魯棒性。

二維磁體是磁性材料的薄層，其中磁相互作用主要在平面內(nèi)發(fā)生。這些材料的對(duì)稱性在其磁性質(zhì)中起著關(guān)鍵作用，特別是破缺反演對(duì)稱性的材料缺乏對(duì)稱中心，導(dǎo)致在具有中心對(duì)稱性的材料中未發(fā)現(xiàn)的獨(dú)特磁行為。

拓?fù)淇藸栃?yīng)是在破缺反演對(duì)稱性的二維磁體中觀察到的一種磁光現(xiàn)象。它表現(xiàn)為克爾角滯回環(huán)中的獨(dú)特特征，如反對(duì)稱性的凸起，這些直接表現(xiàn)了斯格明子的拓?fù)潆姾伞＿@些特征作為檢測(cè)斯格明子的磁光指紋，否則它們很難被識(shí)別。

傳統(tǒng)的磁光克爾效應(yīng)是一種利用光探測(cè)磁性質(zhì)的成熟技術(shù)。然而，由于缺乏導(dǎo)電性，磁光克爾效應(yīng)經(jīng)常難以檢測(cè)絕緣二維磁體中的斯格明子。新研究提供了一個(gè)令人信服的替代方案，通過(guò)使用特定能量范圍內(nèi)的光，拓?fù)淇藸栃?yīng)利用了斯格明子的“拓?fù)潆姾伞睂?duì)光的散射。這種散射改變了反射光的偏振，為斯格明子的存在和動(dòng)力學(xué)提供了獨(dú)特的特征。

研究人員已經(jīng)成功地在最近發(fā)現(xiàn)的二維鐵磁材料(CrVI6)中證明了拓?fù)淇藸栃?yīng)。通過(guò)在這些材料的薄膜上使用磁光克爾顯微鏡，科學(xué)家們觀察到克爾信號(hào)中的特征“凸起”。研究表明，CrVI6的克爾角滯回環(huán)顯示出兩個(gè)反對(duì)稱的凸起，這在具有中心對(duì)稱性的化合物如CrI3和VI3中是不存在的。這一發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要，因?yàn)檫@是斯格明子散射的直接結(jié)果。

已經(jīng)發(fā)展了理論模型來(lái)解釋拓?fù)淇藸栃?yīng)，拓?fù)淇藸栃?yīng)核心是自旋-軌道耦合和破缺反演對(duì)稱性之間的相互作用。自旋-軌道耦合指的是原子內(nèi)電子自旋與其軌道運(yùn)動(dòng)之間的相互作用。在具有破缺反演對(duì)稱性的材料中，原子排列缺乏反演中心，這意味著它在通過(guò)特定點(diǎn)鏡像時(shí)并非完全相同。這種破缺反演對(duì)稱性允許出現(xiàn)Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，它可以扭曲鄰近的電子自旋，從而產(chǎn)生手性結(jié)構(gòu)。(www.ws46.com)

探索具有破缺反演對(duì)稱性的二維磁體中的拓?fù)淇藸栃?yīng)，證明了拓?fù)鋵W(xué)和磁性之間豐富的相互作用。這種新穎的技術(shù)為探測(cè)斯格明子提供了一種強(qiáng)大的工具，并為設(shè)計(jì)下一代利用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)魯棒性的磁性材料和設(shè)備開(kāi)辟了新的途徑。