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Transformation between meron and skyrmion topological spin textures in a chiral magnet

机译：手性磁体中瓜子和天蝎子拓扑自旋纹理之间的转换

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摘要

Crystal lattices with tetragonal or hexagonal structure often exhibit structural transitions in response to external stimuli(1). Similar behaviour is anticipated for the lattice forms of topological spin textures, such as lattices composed of merons and antimerons or skyrmions and antiskyrmions (types of vortex related to the distribution of electron spins in a magnetic field), but has yet to be verified experimentally(2,3). Here we report real-space observations of spin textures in a thin plate of the chiral-lattice magnet Co8Zn9Mn3, which exhibits in-plane magnetic anisotropy. The observations demonstrate the emergence of a two-dimensional square lattice of merons and antimerons from a helical state, and its transformation into a hexagonal lattice of skyrmions in the presence of a magnetic field at room temperature. Sequential observations with decreasing temperature reveal that the topologically protected skyrmions remain robust to changes in temperature, whereas the square lattice of merons and antimerons relaxes to non-topological in-plane spin helices, highlighting the different topological stabilities of merons, antimerons and skyrmions. Our results demonstrate the rich variety of topological spin textures and their lattice forms, and should stimulate further investigation of emergent electromagnetic properties.
机译：具有四边形或六边形结构的晶格通常会响应外部刺激而显示出结构转变（1）。对于拓扑自旋纹理的晶格形式，预计会有类似的行为，例如由瓜子和反瓜或天体离子和抗天体离子（与磁场中电子自旋的分布有关的涡旋类型）组成的晶格，但尚未进行实验验证（ 2,3）。在这里，我们报告手征格状磁体Co8Zn9Mn3薄板中自旋纹理的真实空间观察结果，该薄板显示出面内磁各向异性。这些观察结果表明，在室温下，存在磁场的情况下，瓜子和反瓜子的二维方格从螺旋状态出现，并转变为天体离子的六边形格子。随着温度降低的顺序观测表明，受拓扑保护的天敌对温度的变化仍然保持稳健，而瓜子和反子的方格则向非拓扑平面自旋螺旋弛豫，从而突出了瓜子，反子和天敌的不同拓扑稳定性。我们的结果表明，拓扑自旋纹理及其晶格形式丰富多样，并应激发对新兴电磁特性的进一步研究。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2018年第7734期|95-98|共4页
  • 作者

    Yu X. Z.; Koshibae W.; Tokunaga Y.; Shibata K.; Taguchi Y.; Nagaosa N.; Tokura Y.;

  • 作者单位

    RIKEN CEMS Wako Saitama Japan;

    Univ Tokyo Dept Adv Mat Sci Kashiwa Chiba Japan;

    RIKEN CEMS Wako Saitama Japan|Univ Tokyo Dept Appl Phys Tokyo Japan;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
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