近期，新型磁性材料（第八屆全國有色金屬結(jié)構(gòu)材料制備/加工及應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)暨2022中國結(jié)構(gòu)材料大會(huì)）與存儲(chǔ)器件研究團(tuán)隊(duì)利用聚焦離子束微納器件制備和原位洛倫茲電鏡表征技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了納米條帶存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)單元中電流誘導(dǎo)磁斯格明子（skyrmion）的寫入、刪除及尋址一體化精準(zhǔn)操控，為構(gòu)筑拓?fù)浯判源鎯?chǔ)器提供了原理性支撐。相關(guān)研究成果以“Electrical manipulation of skyrmions in a chiral magnet”為題發(fā)表在《Nature communications》上，安徽大學(xué)為第一通訊單位，安徽大學(xué)物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院王偉偉副教授為論文第一作者，物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院宋東升教授、雙聘教授杜海峰研究員、美國新罕布什爾大學(xué)臧家棟教授為論文共同通訊作者，物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院電鏡中心葛炳輝教授和物理與光電工程學(xué)院田明亮教授為論文的合作者。

信息存儲(chǔ)是當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能、5G通訊的基石，是大國科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)、國家戰(zhàn)略部署的核心技術(shù)之一。磁性材料（第八屆全國有色金屬結(jié)構(gòu)材料制備/加工及應(yīng)用技術(shù)交流會(huì)暨2022中國結(jié)構(gòu)材料大會(huì)）儲(chǔ)存了全球約70%的數(shù)據(jù)，是信息戰(zhàn)中的關(guān)鍵材料。但傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)技術(shù)由于現(xiàn)有磁性材料的超順磁極限等限制，已經(jīng)趨于密度和速度極限。尋找新型磁性材料以構(gòu)筑高性能磁存儲(chǔ)器已經(jīng)發(fā)展成國家信息材料領(lǐng)域的重大需求。2009年，德國科學(xué)家在一類手性金屬磁性材料中，發(fā)現(xiàn)一種具有非平庸拓?fù)涮匦缘拇沤Y(jié)構(gòu)，稱之為磁斯格明子。其具有尺寸小、穩(wěn)定性高、電流易操控等優(yōu)點(diǎn)，有望作為下一代數(shù)據(jù)載體，構(gòu)筑突破傳統(tǒng)磁存儲(chǔ)技術(shù)限制的磁電子學(xué)器件。

磁斯格明子存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)方案早在2013年就已被提出【J. Iwasaki et al., Nat. Nanotechnol. 8, 742 (2013)】，但在實(shí)驗(yàn)上遇到了極大挑戰(zhàn)。其關(guān)鍵在于器件設(shè)計(jì)要在納米條帶邊緣制備一個(gè)與單個(gè)磁斯格明子大小和形狀均可比擬的幾何缺口，以實(shí)現(xiàn)拓?fù)浯糯鎯?chǔ)的寫入和擦除功能。然而，利用傳統(tǒng)技術(shù)制備的納米條帶厚度和形狀不均勻，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)磁斯格明子運(yùn)動(dòng)所需電流密度大且不均勻，會(huì)產(chǎn)生高的焦耳熱效應(yīng)，導(dǎo)致磁斯格明子可控性差。同時(shí)，用傳統(tǒng)技術(shù)制備出的缺口特征尺寸在微米量級(jí)，遠(yuǎn)大于理論設(shè)計(jì)尺寸，使得磁斯格明子產(chǎn)生極不可控。以上原因?qū)е略谝粋€(gè)納米器件結(jié)構(gòu)單元中同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫、擦除及尋址三個(gè)功能一直無法實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)這些問題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并研制出易于精細(xì)加工納米微結(jié)構(gòu)的透射電鏡原位加電芯片，擴(kuò)展了洛倫茲透射電鏡原位加電功能。同時(shí)，基于前期聚焦離子束樣品制備技術(shù)的積累，制備出厚度均勻、表面平整的器件CoZnMn納米結(jié)構(gòu)單元，并控制邊緣缺口的尺寸（~ 280 nm）和CoZnMn中單個(gè)磁斯格明子大小可比擬（~ 110 nm），實(shí)現(xiàn)了電流脈沖誘導(dǎo)的磁斯格明子產(chǎn)生和寫入。通過控制脈沖的寬度及電流密度實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)生磁斯格明子的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)尋址。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)可以通過控制電流脈沖方向，利用邊緣缺口消除斯格明子，最終在一個(gè)器件結(jié)構(gòu)單元中實(shí)現(xiàn)了磁斯格明子產(chǎn)生、擦除和驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)一體化電操控，展示了原理性器件寫、擦除和尋址功能。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：寫入電流密度最低為 ~3.5×1010A/m2、擦除電流密度最低為 ~1.2×1010A/m2、尋址電流密度最低為 ~0.5×1010A/m2。這些值比操控傳統(tǒng)磁疇所需的納米脈沖電流密度低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，展示了磁斯格明子賽道原理性存儲(chǔ)器的低能耗優(yōu)勢(shì)。

磁斯格明子產(chǎn)生、運(yùn)動(dòng)及消除一體化電操控