灣區(qū)時訊 突破性發(fā)現(xiàn)！華南理工大學鄭風珊教授聯(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,，瑞典烏普薩拉大學博士Filipp N. Rybakov博士,，北京工業(yè)大學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教授等學者,，首次實驗中發(fā)現(xiàn)磁霍普夫子（Hopfion）,。相關成果以“Hopfion rings in a cubic chiral magnet”為題發(fā)表在Nature上。
　　其中,，鄭風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；華南理工大學為第一完成單位,。該工作得到了國家自然科學基金和中央高校業(yè)務費的支持,，也得到了合肥強磁場中心杜海峰研究員課題組的高質量樣品支持。

"霍普夫子"以德國數(shù)學家海因茨-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家托尼-斯凱爾姆(Tony Skyrme)在1962年首次提出的“拓撲孤子”,。2009年，科學家首次在磁體中發(fā)現(xiàn)了拓撲孤子,，為了紀念 Skyrme,，將其稱為Skyrmion(斯格明子)。

一般認為,，磁斯格明子是由電子自旋在空間上構成的一類二維旋渦狀結構,，從樣品上表面貫穿到下表面，形成了斯格明子弦(String),。理論上,，如果把兩個末端連接起來，會進一步形成一類三維拓撲磁孤子——磁霍普夫子,。但目前為止,，實驗上尚未發(fā)現(xiàn)強有力的證據(jù)表明磁霍普夫子的存在。

該聯(lián)合團隊利用了透射電子顯微鏡磁成像技術和微磁學計算,，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,，并提供了誘導產(chǎn)生這類霍普夫子的實驗方法，取得了高度可重復的實驗結果,。該形核方法通過改變外部磁場的方向,，同時保證磁場足夠弱，以確保斯格明子弦在轉換過程中保持完整,，也得保證磁場足夠強,，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，這種邊緣調制的閉合磁結構會持續(xù)穩(wěn)定存在,，進一步通過增加磁場強度,，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撲孤子的多樣性,。這一突破性發(fā)現(xiàn)為未來磁性材料、自旋電子學和非傳統(tǒng)計算等領域的發(fā)展提供新思路,，也為新型功能器件的設計和開發(fā)提供了有力支持,。

該報道也被同期News/Views以專題文章“Magnetic hopfion rings in new era for topology”加以評論。

鄭風珊,，自旋科技研究院/電子顯微中心/物理與光電學院教授,、博導。

研究領域：電子顯微學,、電磁成像,、拓撲磁性

主要貢獻：發(fā)展了高空間分辨的二/三維電/磁成像電子顯微學方法;實驗上在手性磁體中發(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

華南理工大學自旋科技研究院成立于2021年5月,，位于華南理工大學廣州國際校區(qū),，是高松院士在華南理工大學創(chuàng)立的具有交叉學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,，從多學科綜合交叉的角度,，深入研究物質的自旋量子屬性，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,，培養(yǎng)國際一流的自旋科技人才，計劃建設成為國際一流的自旋科技創(chuàng)新研究機構,。

研究院以自旋化學,、自旋操控、自旋材料與器件,、自旋生物醫(yī)學為主要研究方向搭建多學科交叉科研平臺,，共完成建設各類功能實驗室14套(間)，使用總面積5000平方米,，主要設備包括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：

實行以PI作為研究院獨立研究方向帶頭人的科研管理體制，充分賦予其自主權和資源調配權,，為科研人員提供更加靈活的科研管理服務,，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,，提高研究院在相關領域的綜合實力,。

重視項目申報，以各類項目申報為抓手,，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構建立合作關系,，共同開展科研項目和人才培養(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

華南理工大學電子顯微中心成立于2023年3月，位于華南理工大學廣州國際校區(qū),，是一個開放的校級科學研究平臺,。中心配備了完備的電子顯微設備,，具有先進的軟硬件開發(fā)能力，采用獨特的運行管理模式,。

中心秉承高端引領的理念,，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”“高分辨全息和電磁成像”“原位電子顯微學”“三維電子衍射”“原子分辨電子斷層術”等核心研究方向,，致力于革新透射電子顯微技術,。同時，中心也全力支持化學,、物理,、材料、電子,、生醫(yī)等相關學科的發(fā)展,，為構建相關產(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)實驗室建設,，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余臺高端科研設備,。

來源：華南理工大學

通訊員/鮑恩 盧慶雷

責任編輯/劉秀