严鹏教授课题组在磁性拓扑领域取得研究进展

文:电子学院 图:电子学院 / 来源:电子学院 / 2021-03-23 / 点击量:1752

  近日,我校电子科学与工程学院、电子薄膜与集成器件国家重点实验室严鹏教授课题组应邀在物理学综述期刊《物理报道》(Physics Reports)上在线发表长篇综述文章《经典磁性系统中的拓扑绝缘体和半金属》(Topological insulators and semimetals in classical magnetic systems)。李志雄博士为该论文第一作者,严鹏教授为通讯作者,曹云姗副教授参与了该工作。《物理报道》是物理学领域最具影响力的国际期刊之一,该刊一般不接受自由投稿,而由杂志编辑邀请在相关领域做出突出贡献的研究组撰稿。这是我校首次以唯一完成单位在Physics Reports发表论文。

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  图1:磁孤子拓扑绝缘体和半金属。(a)磁孤子阵列中一阶和高阶拓扑绝缘相以及外尔半金属相的典型特点。(b)磁孤子系统中拓扑边界态的探测原理:通过测量入射和出射的提振荡模式反推边界态频谱。

  自上世纪八十年代发现量子霍尔效应以来,人们逐渐认识到了一种新的物相-拓扑相的存在,这种奇异的拓扑相能使系统免于材料缺陷和无序的干扰,它所具备的鲁棒特性使得拓扑态在信息传输与量子计算领域产生了巨大的潜在应用价值。在经典的磁性系统中,自旋波(或磁振子)和磁孤子(如畴壁、涡旋、斯格明子等)代表了两种重要的激发。类似于电子和光,磁振子和磁孤子也能作为载体实现对信息的操控、传输和处理,基于它们的器件具有高密度、低能耗和非易失等传统电子器件所无法企及的优势。但是一般的自旋电子器件容易受到材料中不可避免的缺陷和无序的影响,寻找磁性材料中的拓扑相有望成为解决这一问题的关键。2010年磁振子霍尔效应的发现揭开了人们研究磁振子拓扑相的序幕,最近人们又发现磁孤子阵列的集体振荡在一定的条件下也能表现出拓扑性质,基于磁振子和磁孤子晶体(或超材料)的拓扑绝缘体和半金属吸引了越来越多研究者的关注。该综述文章详细介绍了近十年来磁性系统中对磁振子和磁孤子拓扑相的研究现状,包括磁振子霍尔效应、拓扑磁振子绝缘体和半金属、拓扑磁振子器件、磁孤子系统中的(高阶)拓扑相等,同时也指出了本领域面临的挑战与机遇。对磁性系统中拓扑相的基础研究不但能揭示和理解这些有趣的拓扑物理,同时还能为将来设计受拓扑保护的自旋电子器件提供重要的参考和建议。

  在此领域,严鹏教授课题组已经取得了一系列前期重要成果,先后在Phys. Rev. Lett., Phys. Rev. Res., Phys. Rev. Applied, npj Comput. Mater., Nano Lett.等期刊上发表。该综述文章为更好地设计基于磁振子和磁孤子的拓扑电子器件提供了方向、理清了思路。

  该项工作得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。


  论文链接:

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370157321000703



编辑:肖洁  / 审核:林坤  / 发布者:陈伟