灣區(qū)時(shí)訊 突破性發(fā)現(xiàn)！華南理工大學(xué)鄭風(fēng)珊教授聯(lián)合德國于利希研究中心彼特·格林伯格研究所Nikolai S. Kiselev博士、Stefan Blügel教授，瑞典烏普薩拉大學(xué)博士Filipp N. Rybakov博士，北京工業(yè)大學(xué)楊魯巖博士和德國于利希研究中心恩斯特·盧斯卡電鏡中心石文博士、Rafal E. Dunin-Borkowski教授等學(xué)者，首次實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)磁霍普夫子（Hopfion）。相關(guān)成果以“Hopfion rings in a cubic chiral magnet”為題發(fā)表在Nature上。
其中，鄭風(fēng)珊教授為通訊作者兼第一作者，Nikolai S. Kiselev和Filipp N. Rybakov為共同通訊作者；華南理工大學(xué)為第一完成單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金和中央高校業(yè)務(wù)費(fèi)的支持，也得到了合肥強(qiáng)磁場中心杜海峰研究員課題組的高質(zhì)量樣品支持。
"霍普夫子"以德國數(shù)學(xué)家海因茨-霍普夫(Heinz Hopf)的名字命名，其概念由來可追溯到由英國物理學(xué)家托尼-斯凱爾姆(Tony Skyrme)在1962年首次提出的“拓?fù)涔伦?rdquo;。2009年，科學(xué)家首次在磁體中發(fā)現(xiàn)了拓?fù)涔伦?，為了紀(jì)念 Skyrme，將其稱為Skyrmion(斯格明子)。
一般認(rèn)為，磁斯格明子是由電子自旋在空間上構(gòu)成的一類二維旋渦狀結(jié)構(gòu)，從樣品上表面貫穿到下表面，形成了斯格明子弦(String)。理論上，如果把兩個(gè)末端連接起來，會進(jìn)一步形成一類三維拓?fù)浯殴伦?mdash;—磁霍普夫子。但目前為止，實(shí)驗(yàn)上尚未發(fā)現(xiàn)強(qiáng)有力的證據(jù)表明磁霍普夫子的存在。
該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)利用了透射電子顯微鏡磁成像技術(shù)和微磁學(xué)計(jì)算，在立方鐵鍺合金中觀察到了與斯格明子弦耦合的霍普夫子，并提供了誘導(dǎo)產(chǎn)生這類霍普夫子的實(shí)驗(yàn)方法，取得了高度可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該形核方法通過改變外部磁場的方向，同時(shí)保證磁場足夠弱，以確保斯格明子弦在轉(zhuǎn)換過程中保持完整，也得保證磁場足夠強(qiáng)，足以改變樣品邊緣材料的磁狀態(tài);通過來回切換磁場方向，這種邊緣調(diào)制的閉合磁結(jié)構(gòu)會持續(xù)穩(wěn)定存在，進(jìn)一步通過增加磁場強(qiáng)度，形成與斯格明子弦耦合的霍普夫子。
此外，本研究也提供了統(tǒng)一的斯格明子-霍普夫子的同倫(homotopy)分類，并深入探討了手性磁體中拓?fù)涔伦拥亩鄻有?。這一突破性發(fā)現(xiàn)為未來磁性材料、自旋電子學(xué)和非傳統(tǒng)計(jì)算等領(lǐng)域的發(fā)展提供新思路，也為新型功能器件的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了有力支持。
該報(bào)道也被同期News/Views以專題文章“Magnetic hopfion rings in new era for topology”加以評論。
鄭風(fēng)珊，自旋科技研究院/電子顯微中心/物理與光電學(xué)院教授、博導(dǎo)。
研究領(lǐng)域：電子顯微學(xué)、電磁成像、拓?fù)浯判?/strong>
主要貢獻(xiàn)：發(fā)展了高空間分辨的二/三維電/磁成像電子顯微學(xué)方法;實(shí)驗(yàn)上在手性磁體中發(fā)現(xiàn)了磁霍普夫子、磁浮子、磁斯格明子辮子和反磁斯格明子等，以第一/通訊作者身份在Nature，Nat. Nano.，Nat. Phys.，Nat. Commun.， Phys. Rev. Lett.和Nano Lett.等國際刊物上發(fā)表SCI論文20余篇，引用2000余次。
文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06658-5
自然News/Views: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03502-8
自旋科技研究院簡介
華南理工大學(xué)自旋科技研究院成立于2021年5月，位于華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)，是高松院士在華南理工大學(xué)創(chuàng)立的具有交叉學(xué)科背景的新型科研創(chuàng)新平臺。研究院以自旋為核心研究對象，從多學(xué)科綜合交叉的角度，深入研究物質(zhì)的自旋量子屬性，面向國家信息產(chǎn)業(yè)重大需求和人民生命健康，研發(fā)自旋新材料和新技術(shù)，培養(yǎng)國際一流的自旋科技人才，計(jì)劃建設(shè)成為國際一流的自旋科技創(chuàng)新研究機(jī)構(gòu)。
研究院以自旋化學(xué)、自旋操控、自旋材料與器件、自旋生物醫(yī)學(xué)為主要研究方向搭建多學(xué)科交叉科研平臺，共完成建設(shè)各類功能實(shí)驗(yàn)室14套(間)，使用總面積5000平方米，主要設(shè)備包括EPR、ODMR、ICP-MS、SQUID、PPMS、STM、Raman、紫外-可見、FT-IR、穩(wěn)瞬態(tài)熒光、氣相色譜、電化學(xué)工作站、單晶X-射線衍射儀、球差校正透射電子顯微鏡和高分辨核磁共振儀、微納加工系統(tǒng)、低溫液氦生成系統(tǒng)等。
研究院成立以來，秉承高質(zhì)量內(nèi)涵式發(fā)展理念，根據(jù)研究院交叉研究背景，因地制宜，形成了“華工自旋”的發(fā)展理念：
實(shí)行以PI作為研究院獨(dú)立研究方向帶頭人的科研管理體制，充分賦予其自主權(quán)和資源調(diào)配權(quán)，為科研人員提供更加靈活的科研管理服務(wù)，盡可能激發(fā)科研人員的創(chuàng)新活力，提高科研產(chǎn)出效率。
重視跨學(xué)科交叉合作，打破院內(nèi)交叉壁壘，積極開展有助于產(chǎn)生更多創(chuàng)新性研究成果深度合作，提高研究院在相關(guān)領(lǐng)域的綜合實(shí)力。
重視項(xiàng)目申報(bào)，以各類項(xiàng)目申報(bào)為抓手，為研究院快速發(fā)展提供可持續(xù)動力，保障科研開展的連續(xù)性。
積極開展國際交流與合作，與國際知名高校和研究機(jī)構(gòu)建立合作關(guān)系，共同開展科研項(xiàng)目和人才培養(yǎng)，不僅可提高研究院的國際影響力，更為研究院的快速發(fā)展提供更廣闊的視野和資源。
電子顯微中心簡介
華南理工大學(xué)電子顯微中心成立于2023年3月，位于華南理工大學(xué)廣州國際校區(qū)，是一個(gè)開放的校級科學(xué)研究平臺。中心配備了完備的電子顯微設(shè)備，具有先進(jìn)的軟硬件開發(fā)能力，采用獨(dú)特的運(yùn)行管理模式。
中心秉承高端引領(lǐng)的理念，立足于國際科研前沿，專注于“低劑量高分辨成像”“四維掃描透射顯微學(xué)”“高分辨全息和電磁成像”“原位電子顯微學(xué)”“三維電子衍射”“原子分辨電子斷層術(shù)”等核心研究方向，致力于革新透射電子顯微技術(shù)。同時(shí)，中心也全力支持化學(xué)、物理、材料、電子、生醫(yī)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，為構(gòu)建相關(guān)產(chǎn)業(yè)新格局提供重要支撐。目前已完成1300平方米的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，并采購了包括多臺球差電鏡、雙束電鏡、X-射線斷層掃描等在內(nèi)的10余臺高端科研設(shè)備。
來源：華南理工大學(xué)
通訊員/鮑恩 盧慶雷
責(zé)任編輯/劉秀
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