人民網廣州11月24日電 （寧玉瑛）據華南理工大學消息，華南理工大學鄭風珊教授聯合德國於利希研究中心彼特·格林伯格研究所Nikolai S. Kiselev博士、Stefan Blügel教授，瑞典烏普薩拉大學博士Filipp N. Rybakov博士，北京工業大學楊魯岩博士和德國於利希研究中心恩斯特·盧斯卡電鏡中心石文博士、Rafal E. Dunin-Borkowski教授等學者，首次實驗中發現磁霍普夫子（Hopfion）。相關成果以“Hopfion rings in a cubic chiral magnet”為題發表在國際學術期刊《自然》（Nature）上。合肥強磁場中心杜海峰研究員課題組提供高質量樣品支持。

“磁霍普夫子的實驗發現為自旋電子學、下一代信息存儲技術、非傳統計算技術（如類腦計算）等提供了新的方向。”鄭風珊表示。

華南理工大學供圖。

據了解，霍普夫子以德國數學家海因茨-霍普夫（Heinz Hopf）的名字命名，其概念由來可追溯到由英國物理學家托尼-斯凱爾姆（Tony Skyrme）在1962年首次提出的“拓扑孤子”。2009年，科學家首次在磁體中發現了拓扑孤子，為了紀念 Skyrme，將其稱為Skyrmion（斯格明子）。

一般認為，磁斯格明子是由電子自旋在空間上構成的一類二維旋渦狀結構，從樣品上表面貫穿到下表面，形成了斯格明子弦（String）。理論上，如果把兩個末端連接起來，會進一步形成一類三維拓扑磁孤子——磁霍普夫子。但目前為止，實驗上尚未發現強有力的証據表明磁霍普夫子的存在。

該聯合團隊利用了透射電子顯微鏡磁成像技術和微磁學計算，在立方鐵鍺合金中觀察到了與斯格明子弦耦合的霍普夫子，並提供了誘導產生這類霍普夫子的實驗方法，取得了高度可重復的實驗結果。該形核方法通過改變外部磁場的方向，同時保証磁場足夠弱，以確保斯格明子弦在轉換過程中保持完整，也得保証磁場足夠強，足以改變樣品邊緣材料的磁狀態﹔通過來回切換磁場方向，這種邊緣調制的閉合磁結構會持續穩定存在，進一步通過增加磁場強度，形成與斯格明子弦耦合的霍普夫子。此外，本研究也提供了統一的斯格明子-霍普夫子的同倫（homotopy）分類，並深入探討了手性磁體中拓扑孤子的多樣性。

鄭風珊表示，磁霍普夫子的實驗發現，相比與二維拓扑孤子，擁有第三個維度的自由度，使得其基礎物理性質極為迥異和豐富，這一突破性發現為未來磁性材料、自旋電子學和非傳統計算等領域的發展提供新思路，也為新型功能器件的設計和開發提供了有力支持。

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