近日，上海科技大学物质科学与技术学院拓扑物理实验室张石磊课题组利用时间分辨X光磁散射技术观测到了磁斯格明子晶格动力学的“隐藏”转动模式，提出了手性晶格矩的理论模型，为磁斯格明子的微观动力学和对其有效的调控手段提供了新思路，研究成果发表于学术期刊Nano Letters。
磁斯格明子是一种涡旋磁结构，具有拓扑稳定性。由于其尺寸小、能耗低等特点，被认为是下一代磁存储器的优秀载体。对磁斯格明子在外界激励下的动力学研究是实现斯格明子器件的关键，也是拓扑磁学的主攻方向之一。目前的斯格明子动力学主要基于“单粒子模型”，即单个的、孤立的斯格明子如何在等效外力下集体运动。但在特定材料中，斯格明子之间复杂的吸引和排斥势能使其以晶格的形式存在。从对称性角度来看，凝聚态的磁斯格明子应被视为一个与孤立态的磁斯格明子截然不同的物态，类似于固相与液相的区别。代表着连续旋转对称性破缺的斯格明子晶格的形成意味着体系将表现出明显的刚性，进而体系一定存在本征的角动量和转动模式。
图1 磁斯格明子晶格运动示意图
本工作聚焦于绝缘性手性磁体Cu2OSeO3中有限尺寸的磁斯格明子晶格板块。当施加一个线性温度梯度时，这些磁斯格明子板块不仅被推动，还通过一种手性晶格力矩的机制产生了连续的旋转运动。这种手性晶格力矩的引入，使得磁斯格明子晶格在微小温度梯度下呈现出旋进的特性，且旋转的方向可以通过调整磁场的方向来控制。其手性晶格矩的产生机制由图1所示，导致晶格同时发生转动和平移两种动力学模式。
本工作首次揭示了在极小的线性温度梯度下的磁斯格明子连续旋进运动模式，为以磁斯格明子为代表的拓扑磁动力学研究提出了新的见解。上海科技大学为该项研究的第一完成单位，物质学院博士后金浩楠、2023级硕士研究生陈敬贻为文章共同第一作者，张石磊教授为文章的通讯作者。英国钻石光源、牛津大学和中科院合肥物质科学研究院为该工作的共同合作单位。该工作得到了上海科技大学物质学院拓扑物理实验室、光子科学与凝聚态研究部以及上海科技大学大科学中心的大力支持。
