手性磁体中 skyrmion 的电学操控

写入、擦除与计算是任何工作电子器件所需的三种基本操作。磁性 skyrmion 可成为新兴拓扑自旋电子器件中有前景的基本比特。特别地，手性磁体中的 skyrmion 具有紧凑纹理、均匀尺寸和高迁移率等突出性质。然而，创建、删除与驱动孤立 skyrmion 作为上述基本操作的原型，自 skyrmion 发现以来在手性磁体中一直是巨大挑战，且在单一器件中实现所有这三种操作极为可取。本文中，通过将手性磁体 Co$_8$Zn$_{10}$Mn$_2$ 工程化为定制微器件以进行原位洛伦兹透射电子显微镜观察，我们利用纳秒电流脉冲在室温下以约 $10^{10}$ A/m$^2$ 的低电流密度实现了 skyrmion 的这三种操作。缺口结构可依据电流脉冲的方向与大小创建或删除磁性 skyrmion。我们进一步展示磁性 skyrmion 可由电流脉冲确定性地逐步移动，从而建立普适的电流-速度关系。这些实验结果对基于 skyrmion 的存储或逻辑器件具有直接意义。