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诺贝尔物理学奖获得者阿尔贝威尼斯网站·费尔做

文章作者:国际学校 上传时间:2019-08-25

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清华物理系江万军研究组在拓扑自旋电子学领域取得进展


清华新闻网9月15日电 9月14日,清华大学物理系、低维量子物理国家重点实验室江万军助理教授应邀在物理类综述期刊《物理报道》上在线发表综述文章《磁性多层膜中的斯格明子》。

该综述文章详实地讨论了当前斯格明子材料体系的研究趋势,包括斯格明子的物理起源、材料设计与优化、拓扑输运物理、原型功能器件,同时也指出了本领域内面临的挑战。

近年来随着拓扑量子材料的蓬勃发展,磁学领域内也衍生出了一个新兴的学科——拓扑自旋电子学。拓扑自旋电子学以寻找、研究、利用新型拓扑自旋结构为核心,其典型研究对象为自旋实空间中具有拓扑保护属性的磁性斯格明子。来源于其拓扑特性,微纳米尺度的斯格明子可以被非常微弱的电流高效驱动。因而被业界认为是下一代高密度、高速度、低耗能、非易性自旋存储器件中的优良信息载体。在潜在产业应用的同时,斯格明子实空间自旋拓扑态也给予了丰富的拓扑输运物理现象,譬如拓扑霍尔效应、新兴磁电动力学、斯格明子的霍尔效应等等。因此,对拓扑磁性斯格明子,尤其是室温下的斯格明子的基础研究不但能揭示、预测、理解这些有趣的拓扑量子物理,同时也能为下一代新型自旋拓扑存储器件做好知识与技术储备。

在此领域,江万军助理教授取得了一系列前期重要结果[《科学》, 349, 283 (2015)以及《自然物理》13, 162 (2017)]。该综述文章能为更好地开发磁性斯格明子新型材料与器件、推动拓扑自旋电子学的发展理清思路。

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磁性多层膜中斯格明子的特征优势。

图A所示为具有界面反演对称破缺的磁性双层膜。图B所示为该材料体系中的奈耳态斯格明子。及其拓扑图像。该材料体系中的强自旋霍尔效应,可以用来高效操控磁性斯格明子。

该项工作得到了科技部重大研发计划、中组部“青年千人”计划、清华大学人才引进计划、清华大学低维量子物理国家重点实验室自主科研计划以及北京未来芯片技术高精尖创新中心的经费资助。该论文的第一作者和通讯作者均为清华大学物理系江万军助理教授。合作作者包括:美国加州大学戴维斯分校物理系的陈宫博士、刘凯教授,美国新罕布什尔州大学物理系的臧佳栋教授,美国阿贡国家实验室材料学部的苏珊·菲特豪斯以及阿克萨·霍夫曼博士。

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供稿:物理系 编辑:徐静

米尺度非线性拓扑磁性物态如磁性斯格明子、反斯格明子(Antiskyrmion)、磁性涡旋、反涡旋(Antivortex)以及磁泡等,特别是斯格明子态,由于其拓扑保护稳定性、纳米小尺寸、磁场、温度和电场等多通道调控等特性而引起学术界的广泛关注,有望作为下一代高密度磁存储器件的信息单元载体。这些拓扑磁性物态的产生和调控与许多物理现象密切关联,例如:Aharonov-Bohm效应、Berry相效应、拓扑霍尔效应、自旋转移力矩效应、自旋-轨道耦合效应等。所以,从微观角度深入研究拓扑物态与磁性、电磁性能的关系,不但可以深入理解磁性物态对材料物理性能的贡献,还可以通过调控材料的物态促进其应用。

诺贝尔物理学奖获得者阿尔贝•费尔做客清华论坛

威尼斯官方网站登录 ,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室磁学国家重点实验室M07研究组副研究员张颖多年致力于透射电子显微镜研究微观结构与新奇物性的关联,并于近期利用洛伦兹透射电子显微镜研究磁畴结构高空间分辨率的优势,分别在偶极相互作用的块体材料和界面DMI相互作用的多层膜两大体系中,系统研究了磁性斯格明子的生成及调控,对非晶材料磁涡旋结构进行了外场调控,取得系列成果。

  演讲结束后,费尔教授回答了现场同学的提问。

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图为费尔教授演讲。记者 智斐

  费尔教授此行还访问了清华物理系和清华-富士康纳米科技研究中心,与相关研究人员进行了深入交流。

  费尔教授在演讲中介绍了自旋-轨道电子学在斯格明子、拓扑绝缘体、自旋霍尔效应、手性磁畴壁等研究领域的应用情况,并结合其实验室研究,简要回顾了巨磁阻效应的发现、原理及其在高密度计算机磁硬盘(HDD)磁信息存储、GMR磁头、传感器等方面的广泛应用。他还介绍了与之相似的磁性隧道结和隧穿磁电阻(TMR)及自旋转移力矩效应等在最新研发磁性随机存储器(STT-MRAM)方面的进展。

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图为演讲现场。记者 智斐

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  法国科学家阿尔贝•费尔和德国科学家彼得•格林贝格尔因先后独立发现了“巨磁电阻”效应而共同获得2007年诺贝尔物理学奖。

  清华新闻网6月6日电 6月4日下午,法国科学院院士、2007年诺贝尔物理学奖获得者阿尔贝•费尔教授访问清华大学,做客清华论坛,发表题为“自旋-轨道电子学:自旋电子学中一个新的方向”的演讲。清华大学副校长薛其坤出席并主持演讲会。

  来自清华大学、北京大学、中国科学院物理研究所、北京航空航天大学等高校和研究机构近三百名师生参加了演讲会。

  费尔教授重点谈到目前自旋电子学研究领域中新的研究方向:“自旋-轨道电子学”,特别是自旋-轨道相互作用等在产生磁性斯格明子过程中的物理机制及其研究进展,并预测了未来磁性斯格明子在高密度磁信息存储技术及其器件设计中的潜在应用前景。他还分析了DM相互作用(Dzyaloshinskii-Moriya interaction,DMI)、Rashiba效应以及自旋霍尔效应对磁畴壁的旋性以及磁畴壁运动的影响。

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