2025年3月31日，课题组在《应用物理快报》（Applied Physics Letters）上发表题为“Current-driven motion of magnetic domain wall skyrmions”的研究成果。该研究揭示了磁畴壁斯格明子（Domain Wall Skyrmions, DWSKs）在自旋极化电流驱动下的动力学行为，并提出了一种基于DWSKs的新型赛道存储器设计方案。这一研究为解决传统斯格明子存储器中存在的“斯格明子霍尔效应（Skymion Hall effect, SKHE）”与数据编码稳定性难题提供了创新思路。

磁斯格明子是一种具有拓扑保护的纳米级自旋结构，被视为下一代高密度、低功耗存储器的核心元件。然而，在赛道存储器中,传统斯格明子易受SKHE的影响---高速运动时因侧向偏移导致信息丢失。此外，热涨落等因素还会干扰数据位（“0”和“1”）的稳定编码。研究团队发现，束缚在磁畴壁内部的自旋结构DWSK，既保留了拓扑特性，又可利用磁畴壁的限域效应抵消侧向偏移。更关键的是，DWSK的正负拓扑荷（Q=±1）可分别编码“1”和“0”（如图1所示），解决了传统方案中“0”位难以精准编码的问题。

图1：磁畴壁斯格明子自旋结构.

通过微磁模拟与理论计算，研究团队系统分析了自旋转移力矩（Spin transfer torque, STT）和自旋轨道力矩（Spin orbit torque, SOT）对DWSK的驱动效果。结果表明：
STT驱动：无论是平行还是垂直于畴壁的电流注入，DWSK均能沿畴壁稳定运动，如图2所示。畴壁的束缚与边界斥力共同抵消了SKHE，确保信息的稳定传输。

图2：STT驱动下DWSK的运动

SOT驱动：当自旋极化方向垂直于畴壁时，DWSK同样可以稳定运动；而平行极化的情况下，DWSK的运动则会停止，如图3所示。

图3：SOT驱动下DWSK的运动

弯曲畴壁适应性：DWSK在90度弯曲赛道中仍可高速穿行，速度甚至高于直道区域，展现出良好的形状适应性，如图4所示。

图4：DWSK在弯曲轨道中的运动

基于上述发现，团队提出了一种基于DWSKs的赛道存储器原型（如图5所示）：磁畴壁作为“天然赛道”引导DWSKs的运动，正负拓扑荷分别代表数据位“1”和“0”，信息通过电流驱动传输。相较于传统方案，该设计无需复杂的外部场调控或冗余结构，极大降低了器件复杂度。

图5： 基于DWSKs的赛道存储器

该研究得到了国家自然科学基金和湖南省自然科学基金的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0250430

AIP Publishing微信公众号报道：https://mp.weixin.qq.com/s/TXoJlY-aaCBwKNVO0MG2YA

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