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24
2026
-
04
华南理工大学：飞秒激光辅助霍普夫子稳定形核 | Nature Physics
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在凝聚态物理与自旋电子学研究领域，拓扑磁孤子因其独特的稳定性与可操控性而备受关注。代表性例子包括被广泛研究的二维斯格明子（Skyrmion）和目前研究前沿的三维霍普夫子（Hopfion）。由于具有闭合缠绕、三维空间局域等特性，霍普夫子有望被开发为下一代高密度低功耗信息功能器件。此前，研究已发现霍普夫子可与斯格明子稳定共存形成环状结构，但孤立稳定存在的霍普夫子实验发现仍具有挑战。
近日，华南理工大学郑风珊研究团队联合南开大学、华南师范大学，与来自德国于利希研究中心、瑞典乌普萨拉大学等单位的理论团队，在Nature Physics发表研究论文，利用飞秒激光脉冲，在手性磁体FeGe中实现了孤立霍普夫子的稳定形核。
研究发现，超快激光的飞秒脉冲能够有效地实现各个亚稳态之间的跃迁，有效增加孤立霍普夫子的形核概率。结合理论计算，进一步发现，霍普夫子的形核来源于斯格明子—反斯格明子对向霍普夫子的拓扑转变。该工作也表明，飞秒激光能够有效实现拓扑态的“写入”，为后续开展拓扑磁性基础研究、拓扑自旋电子器件开发提供了另一个强有力的技术手段。
第一作者：Xiaowen Chen通讯作者：Filipp N. Rybakov，Nikolai S. Kiselev, Xuewen Fu & Fengshan Zheng 通讯单位：华南理工大学、、南开大学、华南师范大学，德国于利希研究中心、瑞典乌普萨拉大学
图. a, 孤立霍普夫子的磁构型示意图及其理论菲涅尔离焦电镜图像；b, 原位超快激光洛伦兹透射电镜示意图；c, 超快激光脉冲诱导多种拓扑磁孤子形核。
图1：在螺旋形背景中，利用超快激光脉冲的霍普夫子成核。
图2：霍普夫子定量相移的倾斜序列。
图3：激光诱导霍普夫子成核的概率。
图4：薄板中 H = −1 霍普夫子的稳定性。
图5：霍普夫子成核与湮灭的最小能量路径。
图6：在垂直外磁场中，霍普夫子的演化。
来源：华南理工大学
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