本文以传播知识为目的，如有侵权请后台联系我们，我们将在第一时间删除。
2024年11月21日，Nano Lett.在线发表了华南理工大学吴锐教授和中山大学/北京大学侯仰龙教授课题组的研究论文，题目为《Two-Dimensional Rare-Earth-Based Half-Metals with Topological Bimerons》，论文的第一作者为Weiqi Liu。![]()
各种拓扑上非平庸的自旋纹理，如斯格明子（skyrmions）、双半子（bimerons）和霍普夫子（hopfions），它们在拓扑上是稳定的，可以有效地操纵，使其成为未来高密度存储和信息处理设备的有前景信息载体。最近，在范德华或二维磁体中发现新的拓扑自旋纹理方面取得了长足的进步。磁斯格明子已在范德华铁磁体Fe3GeTe2、Fe5GeTe2和Fe3GaTe2薄片中得到实验证明。在室温下，还观察到Fe3GeTe2薄片中的电流诱导磁斯格明子或嵌套斯格明子（skyrmionium）运动。此外，各种单层体系也被理论预测可以稳定拓扑自旋纹理。到目前为止，预测的具有拓扑自旋纹理的二维磁体主要基于过渡金属，其中大多数是半导体或金属。
在此研究中，作者使用第一性原理计算来预测具有七原子层结构的单层GdA2N4（A = Ge和Sn），并系统地研究了其稳定性以及电子和磁性。研究发现，单层GdA2N4表现出半金属性和易平面磁各向异性。单层GdA2N4表现出自发的双半子，这是由磁阻挫和易平面磁各向异性引起的。通过施加双轴应变，可以有效地调整拓扑自旋纹理的形貌。半金属电子结构自然使体系易于通过注入电流进行操作。微磁模拟的动力学表明，在注入的自旋极化电流下，双半子团簇表现出线性运动。双半子霍尔角的绝对值并不强烈依赖于尺寸和形状。此外，通过双半子团簇之间的碰撞和合并可以获得新的双半子团簇，这对复杂的计算方法很有用。凭借上述有趣的特性，具有半金属特性的稀土二维磁体对于自旋-转移矩驱动的磁隧道结和赛道存储器等自旋电子器件特别有前景。
![]()
图3 单层GdGe2N4电子和磁性的双轴应变依赖性
图4 零外场下不同双轴应变时半金属单层GdA2N4中双半子团簇的自旋极化电流驱动运动
Liu, W., He, X., Zhang, J. et al. Two-Dimensional Rare-Earth-Based Half-Metals with Topological Bimerons. Nano Lett., 2024. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c05268
【其他相关文献】
[1] Bhukta, M., Dohi, T., Bharadwaj, V.K. et al. Homochiral antiferromagnetic merons, antimerons and bimerons realized in synthetic antiferromagnets. Nat. Commun., 2024, 15, 1641. https://doi.org/10.1038/s41467-024-45375-z[2] Yoshimochi, H., Takagi, R., Ju, J. et al. Multistep topological transitions among meron and skyrmion crystals in a centrosymmetric magnet. Nat. Phys., 2024, 20, 1001–1008. https://doi.org/10.1038/s41567-024-02445-9![]()
