景派资讯丨天河二号支撑力磁耦合效应研究取得新进展

在该项研究工作中，郑跃教授团队以反铁磁多层薄膜体系中的内禀反对称DM作用为桥梁建立了磁性与梯度应变之间内在联系的挠曲磁作用。如下图 (a)所示，研究发现应变梯度诱导DM作用矢量随弯曲方向转动，并显著影响体系磁化强度。由此产生的挠曲磁效应具有显著的尺寸效应，并随着材料体系的尺寸降低而大幅提升磁弹调制效果。如下图(b)所示，他们预测了挠曲磁效应对反铁磁多层膜磁性斯格明子（Skyrmion）的形变及净磁化改变的规律。在此基础上，研究发现材料体系的等效挠曲磁系数与材料的拓扑偶极矩成正比，如下图(c)所示。

挠曲磁效应: (a)不同应变状态下的DM作用；(b)净磁化随应变梯度响应的理论计算结果；(c)等效挠曲磁系数的拓扑增强效应。

另外，该项研究还揭示了挠曲磁效应导致的奇异磁输运特性。如下图所示，研究人员在理论上证明了应变梯度下斯格明子反常的霍尔偏转来源于应变梯度作用诱导的几何马格努斯力，并类比电荷霍尔效应以及斯格明子霍尔效应，将这种反常的磁结构偏转命名为挠曲霍尔效应（Flexo-Hall Effect）。该工作预测的挠曲磁效应强度比以往的理论预测高出4个量级，使得纳尺度下的磁弹效应中由挠曲磁效应贡献的部分比传统压磁、磁致伸缩效应的贡献高出1-2个量级，为挠曲磁效应在器件应用上提供了新思路。

挠曲霍尔效应

(a)反铁磁耦合的斯格明子示意图；(b不同弯曲方向下斯格明子的运动方向理论计算结果；(c)电子霍尔效应、斯格明子霍尔效应与挠曲霍尔效应示意图，三种效应的偏转方向分别取决于电荷、拓扑荷和应变梯度方向。

相关研究成果于6月底以“Flexoresponses of Synthetic Antiferromagnetic Systems Hosting Skyrmions”为题在物理学领域国际顶级期刊《Physical Review Letters》上在线发表。该研究的计算模拟部分主要依托国家超算广州中心的“天河二号”超级计算机完成。据研究团队介绍，该研究工作致力揭示含拓扑微结构手性磁材料中的力磁耦合效应，需要开展多层磁性体系磁性微结构的自旋动力学过程及其在外加力-电-磁载荷下磁性微结构与材料物性的动态演化模拟。

“这是一项典型的大规模、多物理、跨尺度计算模拟仿真任务，其中最大的计算体系包含上百万个计算网格和百万数量级的计算步数。”郑跃教授研究团队的陈伟津副教授介绍道，“对比自组建计算集群，‘天河二号’可以针对具体模拟任务自行分配计算资源，尤其是对于大规模并行计算模拟，极大地提高了并行效率，显著地推进了研究进展。我们团队还依托‘天河二号’超算平台自主开发了力磁耦合效应的并行模拟程序，将单次最大计算任务由两周缩短为3天左右，加速了整体研究工作的进程。此外，广州超算自主研发的星光超算应用平台，具备模拟结果可视化功能，为我们监控与管理计算过程带来了极大的便利。”

论文链接：

http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.128.257201