2024年10月2日，题为“Topological magnetic defects in a strong permanent magnet Nd2Fe14B”的研究论文在线发表于《Materials Today Quantum》期刊。该研究由韩国科学技术院（POSTECH）、韩国科学技术院（KIST）、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室完成。该研究揭示了在稀土永磁材料Nd2Fe14B中，通过特定磁场冷却过程实现了拓扑磁缺陷——斯格明子（skyrmions）的形成，这一发现为强硬磁材料中的斯格明子研究开辟了新的可能性。斯格明子作为一种高度移动性和可操作性的磁性结构，因其在现代磁性器件技术中的潜在应用而备受关注。然而，由于涉及的磁能精细平衡，斯格明子的形成一直局限于少数材料。Nd2Fe14B作为一种具有大磁各向异性的稀土永磁材料，通常不被认为是斯格明子形成的有利材料。本研究的关键问题在于探索在具有显著单轴各向异性的材料中斯格明子的形成可能性，这在以往的研究中是未被充分探索的。研究团队提出了一种创新的实验方法，通过在特定磁场下对Nd2Fe14B样品进行场冷处理，实现了斯格明子的不可逆形成。这一方法的创新之处在于，它打破了传统观念中对斯格明子形成条件的限制，为强硬磁材料中的斯格明子研究提供了新的视角。实验中，研究团队首先生长了Nd2Fe14B的单晶样品，并通过电子探针微分析（EPMA）验证了样品的均匀性。随后，使用双束聚焦离子束（FIB）制备了特定晶体取向的透射电子显微镜（TEM）样品。实验观察使用了洛伦兹透射电子显微镜（LTEM），在300 kV的加速电压下进行。实验中，通过控制物镜电流和使用加热架来分别施加磁场和温度。特别地，实验中的关键工艺参数包括：场冷过程中的磁场范围为0.15至0.20 T，温度范围为295至565 K。实验观察到，在场冷过程中，Nd2Fe14B的磁畴结构经历了从顺磁态到条纹畴、斯格明子和非平凡磁泡（NTMB）的转变。在0.15至0.20 T的磁场范围内，这些磁相和转变仅在场冷过程中观察到。值得注意的是，NTMB相在室温下仍然存在。此外，实验中还观察到了斯格明子的闪烁行为，这是由于热波动引起的斯格明子手性反转。这一现象进一步证实了斯格明子的存在，因为手性反转是中心对称磁体中斯格明子的特征。实验还发现，NTMB的尺寸和间距随着磁场的增加而变化，表明NTMB在Nd2Fe14B中具有较高的移动性。
该研究在Nd2Fe14B强永磁体中通过特定磁场下的场冷过程，实现了斯格明子和NTMB的形成。这一发现不仅挑战了对磁性泡畴的传统理解，而且表明大多数磁性材料都有可能通过稳健的场冷程序产生斯格明子。这一简单的方法有望成为磁性材料研究和开发领域的有力工具，为磁性材料的科技应用带来新的可能性。引用格式：Juyoung Jeong, Yongwoo Lee, Shi-Zeng Lin, Yoon Hee Jeong, Hye Jung Chang, Jeehoon Kim, Topological magnetic defects in a strong permanent magnet Nd2Fe14B, Materials Today Quantum, (2024) doi:https://doi.org/10.1016/j.mtquan.2024.100017
