利用软X射线矢量叠层成像直接观测三维拓扑自旋纹理及其相互作用
强关联电子
2021-04-28 v1 介观与纳米尺度物理
材料科学
摘要
磁性拓扑缺陷是以对称性破缺为特征的能稳自旋构型。涡旋与 skyrmion 是两个著名的二维自旋纹理例子，因其基础意义与实际应用而受到积极研究。然而，由于难以在纳米尺度体积内对其进行定量表征，迄今为止关于三维自旋纹理的实验证据大多是间接或定性的。在此，我们发展了软 X 射线矢量叠层成像（vector ptychography）技术，以 10 nm 空间分辨率对受阻超晶格中的三维磁化矢量场进行定量成像。通过将同伦论应用于实验数据，我们将刺猬态（hedgehog）与反刺猬态（anti-hedgehog）作为演生磁单极子的拓扑荷进行量化，并探测它们在受阻超晶格内的相互作用。我们还直接观察到由磁性惰性空穴所产生的虚刺猬态与虚反刺猬态。我们期望这一新的定量成像方法将为研究广泛磁性材料中的三维拓扑自旋纹理打开大门。我们的工作也表明，磁受阻超晶格可作为一种新平台，用于研究刺猬态的相互作用与动力学，并开发利用优化几何结构以实现信息存储与传输应用。
引用
@article{arxiv.2104.12933,
title = {Direct observation of 3D topological spin textures and their interactions using soft x-ray vector ptychography},
author = {Arjun Rana and Chen-Ting Liao and Ezio Iacocca and Ji Zou and Minh Pham and Emma-Elizabeth Cating Subramanian and Yuan Hung Lo and Sinéad A. Ryan and Xingyuan Lu and Charles S. Bevis and Robert M. Karl and Andrew J. Glaid and Young-Sang Yu and Pratibha Mahale and David A. Shapiro and Sadegh Yazdi and Thomas E. Mallouk and Stanley J. Osher and Henry C. Kapteyn and Vincent H. Crespi and John V. Badding and Yaroslav Tserkovnyak and Margaret M. Murnane and Jianwei Miao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2104.12933},
year = {2021}
}