近日，物理学院、电子薄膜与集成器件全国重点实验室严鹏教授团队在磁学与自旋电子学领域取得重要进展。研究团队报道了交错磁斯格明子在电流驱动下的非线性运动规律。相关成果以“Current-Driven Nonlinear Skyrmion Dynamics ind-Wave Altermagnets”为题，于2026年8月11日在线发表于《Physical Review Letters》，电子科技大学为论文唯一完成单位，物理学院博士后刘阳为论文第一作者，严鹏教授为通讯作者。
磁性斯格明子是一类具有纳米尺度和拓扑稳定性的非共线磁结构，被认为是新型自旋电子学和信息器件的重要候选载体。除了整体的质心运动之外，斯格明子还具有螺旋度这一内部自由度，用以描述其内部自旋的旋转方式，为单个拓扑磁结构承载和处理更多信息提供了新的可能。传统斯格明子通常依赖Dzyaloshinskii-Moriya相互作用 (DMI) 实现稳定，但DMI源于自旋轨道耦合等相对论效应，并倾向于选择特定的磁结构手性，从而限制螺旋度的自由调控。对于以非相对论性自旋劈裂为核心特征的交错磁体而言，采用DMI稳定斯格明子也并非最自然的物理途径。相比之下，磁阻挫源于交换相互作用之间的竞争，可以在无需DMI的情况下稳定斯格明子，不仅与交错磁体的非相对论物理更加契合，也有利于保留斯格明子的螺旋度自由度。更重要的是，交错磁体中的非共线磁结构还可产生有限的局域磁矩和磁四极矩，从而赋予斯格明子区别于传统铁磁和反铁磁体系的各向异性动力学响应。
基于这一思路，团队研究了阻挫d波交错磁体中斯格明子的动力学，重点关注斯格明子质心平移与螺旋度旋转两个自由度之间的相互作用，并结合理论分析与原子自旋动力学模拟研究其电流响应。在电流驱动下，交磁斯格明子所携带的磁四极矩参与其动力学响应，使斯格明子在发生质心平移与横向霍尔运动的同时，其内部螺旋度也能够持续旋转 (图1)。由此，斯格明子的外部平移自由度与内部螺旋度自由度被纳入同一动力学过程，为研究二者之间的非线性耦合提供了基础。
图1. 电流驱动交磁斯格明子动力学示意图。电流驱动下，斯格明子的质心平移与螺旋度旋转可以同时发生，并相互影响。
进一步研究发现，斯格明子的质心平移与螺旋度旋转并非彼此独立，而是通过交错磁体特有的磁四极矩形成非线性耦合。在平稳运动下，其动力学可以归纳为：
这组方程表明，斯格明子的平移速度随电流呈线性变化，而螺旋度旋转则包含二次电流项，表现出显著的非线性响应。与此同时，斯格明子霍尔效应和螺旋度动力学均继承了d波交错磁序的方向各向异性，使斯格明子的质心运动和内部螺旋度旋转对电流方向呈现显著不同的响应 (图2)。
图2. 斯格明子线速度、霍尔角、螺旋度旋转频率(角速度)随电流强度和注入方向的变化。
此外，斯格明子螺旋度在持续旋转的同时，还伴随着更快的太赫兹振荡。快、慢螺旋度模式之间能够发生非线性混频，产生新的频率成分并形成梳状频谱。这表明，交错磁斯格明子不仅可以通过质心运动传递信息，其内部螺旋度自由度还能够参与高频信号的产生与调控，为拓扑磁结构中的太赫兹非线性动力学提供了新的可能。
本工作利用非相对论交换作用的磁阻挫机制，为稳定交错磁斯格明子提供了一条新的途径，并进一步借助交错磁体特有的磁四极矩实现对斯格明子内部自由度的调控。由此，斯格明子的动力学研究从传统的质心运动拓展至质心平移与螺旋度旋转两个自由度协同参与的非线性动力学。相关结果不仅丰富了对交错磁拓扑自旋结构及其动力学的认识，也为多自由度斯格明子信息处理、太赫兹自旋电子学以及磁子频率梳等研究提供了新的物理思路。
本研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金以及四川省科技计划等项目的资助。
论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/y9q4-13fw
