近日，我院赵纪军/蒋雪教授与华南先进光电子研究院侯志鹏研究员、南开大学付学文教授、复旦大学车仁超教授合作，在磁性斯格明子研究中取得重要研究进展。相关成果以“UItrafast multi-level control ofsub-50 nmskyrmions in a Pd-intercalated van der Waals magnet”为题，在线发表于《Nature Communications》。

磁性斯格明子是一类具有拓扑保护特性的旋涡状自旋结构，兼具优异的结构稳定性以及拓扑荷、极性、手性等多种自由度。由于具有类似粒子的特征，斯格明子的数目可以作为离散且可计数的信息变量，因而在多级信息存储和类神经元计算等领域展现出重要应用潜力，是构建新型类脑计算范式的理想信息载体。然而，磁性斯格明子走向实际应用仍面临诸多挑战，现有范德华磁体中的斯格明子尺寸普遍较大，室温下通常约为100 nm，限制了器件进一步微缩及存储密度提升，同时，面向类脑计算所需的激光诱导确定性、多级斯格明子调控也尚未实现。

针对上述问题，研究团队提出 “材料设计—超快调控”一体化研究策略，通过将Pd原子插层范德华磁体Fe₃GaTe₂，并结合飞秒激光操控，首次在范德华磁体中实现了室温下平均直径约43 nm的超小斯格明子，为目前范德华磁体中报道的最小尺寸。在此基础上，团队进一步实现了高密度、低功耗斯格明子的飞秒激光超快产生。通过调控激光脉冲数目，实现了斯格明子密度的确定性多级调制，并进一步应用于光学类脑计算，模拟训练准确率达到约91%，为高速、低功耗、多级范德华斯格明子器件及类脑计算提供了新路径。

在该工作中，赵纪军/蒋雪教授主要负责理论分析工作，揭示了Pd插层位点和Fe空位分布并阐明了斯格明子尺寸缩小的内在机制。发现Pd插层缩小斯格明子尺寸主要源于增强的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）与被抑制的海森堡交换耦合。该研究为发展高速、低功耗、多级的范德华斯格明子器件与类脑计算架构奠定了坚实基础。华南师范大学物理学院蒋雪教授、华南先进光电子研究院侯志鹏研究员、南开大学付学文教授与复旦大学车仁超教授为论文的共同通讯作者。

论文链接：https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=84b7639dfa564d97b9b2f602f2106ce2