三维磁斯格明子拓扑的量化

磁斯格明子迄今被视为二维自旋结构，由描述斯格明子内自旋旋转的拓扑卷绕数刻画。然而，在材料有限厚度大于磁交换长度的真实系统中，斯格明子自旋织构延伸至第三维，不能假定为均匀。利用软 X 射线层析成像，我们以约 20 nm 空间（体素）分辨率重构了图案化于三层 [Ir/Co/Pt] 薄膜结构中的直径 800 nm、厚度 95 nm 圆盘内斯格明子的完整三维自旋织构。定量分析发现，拓扑斯格明子数的径向分布轮廓和手性的演化在圆盘厚度方向上并不均匀。对局域微磁能量密度的估计表明，拓扑轮廓的变化与非均匀的竞争性能量相互作用有关。理论计算和微磁模拟与实验发现一致。我们的结果为未来以拓扑为设计参数的定制化自旋电子器件的纳米尺度磁计量奠定了基础，并有可能从宏观数据反推自旋哈密顿量，使理论与实验更紧密地结合。