Magnetic skyrmions（磁暴）是一种表现为粒子性质的拓扑稳定的自旋漩涡，能够用于设计高密度的量子比特信息。大部分skyrmion系统从Dzyaloshinskii–Moriya相互作用的非中心对称系统中获得，最近发现具有三角晶格的中心对称磁铁体系同样衍生出skyrmion的生成，这种skyrmion在几何受挫晶格（geometrically frustrated lattice）中得到。目前，skyrmion是否在几何受挫晶格或者镜面对称破坏（inversion symmetry breaking）之外的体系中存在。RIKEN应急物质材料科学中心（ RIKEN Center for Emergent Matter Science）Nguyen Duy Khanh、Shinichiro Seki，东京大学，日本国立材料科学研究所等在中心对称四方磁铁GdRu₂Si₂中发现了直径1.9 nm的skyrmion，通过共振X射线散射（resonant X-ray scattering）、洛伦兹透射电子显微镜（Lorentz transmission electron microscopy）对skyrmion进行表征。这种易轴各向异性（easy-axis anisotropy）中的流动电子（itinerant electron）生成四自旋相互作用（four-spin interaction）skyrmion现象。

本文要点：

（1）

通过磁共振X射线散射RXS（magnetic resonant X-ray scattering）方法在5 K温度中测试Gd的L₂边，测试在布拉格反射（4, 0, 0）±Q的情况，对磁调制矢量（magnetic modulation vector）进行了表征，分析了材料的磁结构。通过极化X射线散射方法和0 T、2.1 T中测试（4, -2, 0）±Q中的自旋分布情况（spin texture）。在1.95 T和8 K、75 K温度通过洛伦兹透射电子显微镜方法分析得到磁结构的图像。

（2）

本文展示了高对称的稀土金属间材料（rare-earth intermetallics）中的skyrmion现象，这种对称晶格中skyrmion现象的发现说明了skyrmion现象并非只存在于几何受挫晶格（geometrically frustrated lattice）或镜面对称破坏（inversion symmetry breaking）体系中。

参考文献

Nguyen Duy Khanh*, Taro Nakajima, Xiuzhen Yu, Shang Gao, Kiyou Shibata, Max Hirschberger, Yuichi Yamasaki, Hajime Sagayama, Hironori Nakao, Licong Peng, Kiyomi Nakajima, Rina Takagi, Taka-hisa Arima, Yoshinori Tokura & Shinichiro Seki*

Nanometric square skyrmion lattice in a centrosymmetric tetragonal magnet，Nature Nanotechnology 2020,

DOI：10.1038/s41565-020-0684-7

https://www.nature.com/articles/s41565-020-0684-7