Ir/Fe/Co/Pt 多层膜中的手性磁结构：演化与拓扑霍尔特征

Skyrmions 是受拓扑保护的、二维局域的自旋刺猬与旋涡。Skyrmions 最初作为核相互作用场论中的一个概念被提出，如今在凝聚态物质的各种现象中占据核心地位。它们在磁性多层膜中于室温（RT）下的实现引起了极大的关注，这不仅受到技术前景的推动，也为基本问题提供了研究途径。Skyrmions 与电荷载流子的相互作用引发了奇特的电动力学现象，例如拓扑霍尔效应（THE）——对涌现磁场的霍尔响应，这是 skyrmion Berry 相的体现。关于 THE 可用于探测 skyrmions 的提议需要得到定量检验。为此，必须全面理解 skyrmions 及其他手性结构及其电学特征。在此，利用霍尔输运与磁成像，我们追踪了在具有技术可行性的多层膜中，磁结构及其 THE 特征随温度（$T$）与面外施加磁场（$H$）的演化。我们表明，拓扑霍尔电阻率（$\rho_\mathrm{TH}$）在很宽的 $T$ 范围内与孤立 skyrmions 的密度（$n_\mathrm{sk}$）成比例，证实了 skyrmion Berry 相对电子输运的影响。我们发现，在较高的 $n_\mathrm{sk}$ 下，skyrmions 会聚集成蠕虫状，其携带可观的拓扑荷，这与拓扑平庸的自旋螺旋不同。尽管我们确立了 $\rho_\mathrm{TH}(H,T)$ 与拓扑荷面密度 $n_\mathrm{T}(H,T)$ 之间的定性一致性，但我们的详细定量分析表明，$\rho_\mathrm{TH}$ 比现有理论对观测到的 $n_\mathrm{T}$ 所预测的要大得多。