拓扑磁性斯格明子（skyrmion）具备拓扑保护的纳米自旋畴结构，是下一代高密度非易失存储器、神经形态类脑计算芯片的核心信息载体。合成反铁磁多层膜可有效抑制斯格明子霍尔漂移效应、降低电流驱动功耗，长期是自旋电子学的重点研究体系。近期英国格拉斯哥大学Kayla Fallon团队取得重要拓扑磁学进展，首次在合成反铁磁的单一子晶格内稳定实现两种极性相反的斯格明子家族，成果已被Nature Materials录用待发表，突破了传统合成反铁磁贯穿型斯格明子的固有局限。

传统合成反铁磁依靠RKKY层间反铁磁耦合，两层磁性子晶格磁矩保持反平行绑定排布，生成的斯格明子多为贯穿双层薄膜的柱形自旋织构，无法单独调控单个子晶格的拓扑自旋状态，限制了自旋器件的设计自由度与存储容量。该研究构筑CoB/CoFeB不对称界面合成反铁磁体系，精准调控 Dzyaloshinskii–Moriya手性相互作用、垂直磁各向异性与层间交换耦合的竞争平衡，让两个子晶格对外磁场产生差异化响应。

研究依托洛伦兹透射电镜、元素分辨X射线磁圆二色谱、磁力显微镜多手段联合表征证实，两类极性相反的斯格明子仅在CoFeB子晶格成核稳定，配对CoB子晶格仅受微弱耦合扰动，并未形成拓扑畴结构；调节外磁场可实现两类斯格明子可逆切换，热稳定性良好，微磁模拟也完整阐明了单晶格束缚效应的物理机制。

该研究解决了传统反铁磁斯格明子不能分层独立调控、极性单一的关键科学难题，保留合成反铁磁低功耗、无霍尔偏移的优势，新增双极性存储维度，可支撑多位并行存储单元、简化自旋逻辑器件设计，拓展了磁性多层膜拓扑自旋物理研究边界，为室温低功耗磁存储、神经形态硬件研发提供重要材料依据。

关键词

合成反铁磁体；斯格明子；单一子晶格；极性相反；拓扑自旋纹理；DMI相互作用；RKKY耦合；自旋电子学

参考文献

[1] Fallon K, Peremadathil P, Pradeep R, et al. Beyond conventional skyrmions in synthetic antiferromagnets[J]. Nature Materials, In Press. https://arxiv.org/abs/2604.26680 / https://eprints.whiterose.ac.uk/id/eprint/241345/

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