磁性斯格明子（magnetic skyrmions）是一類具有拓撲保護特性的渦旋狀自旋結構，被認為是實現高效納米級存儲與邏輯器件的理想候選者。近年來，磁性范德華晶體因其易于剝離以及能在原子層或薄片尺度維持長程鐵磁有序的特點，成為探索新穎磁性和開發自旋電子器件的新平臺。值得關注的是，在居里溫度遠超室溫的范德華鐵磁體Fe3GaTe2中，研究人員不僅觀測到了穩定的斯格明子晶格，更揭示了該體系中存在的強垂直磁各向異性、長程偶極相互作用以及顯著的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）等關鍵物理特性。這些發現表明Fe3GaTe2在新型信息存儲與計算器件中具有巨大潛力。然而，實現大面積、高密度的有序斯格明子陣列的可控制備，以及復雜自旋拓撲結構的精準編織，仍然面臨諸多挑戰。

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心高鴻鈞院士帶領的聯合研究團隊，對室溫鐵磁體Fe3GaTe2中的斯格明子結構進行了深入研究。通過結合矢量強磁場的磁力顯微術，他們成功構建了大面積、高度有序、室溫穩定的斯格明子賽道陣列（skyrmion track array）。其主要創新性工作有：

1. 首次設計并構建了大面積、高定向的斯格明子賽道陣列結構，創造性地發展了矢量磁場分步調控方法，實現了賽道取向、有序性以及斯格明子密度的有效調控。

2. 發現了賽道陣列結構中的兩類斯格明子，其空間構型特征分別是貫穿樣品的斯格明子管道和浮于樣品表面的斯格明子浮子。

3. 揭示了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用和面內磁場是構建斯格明子賽道陣列的關鍵物理機制。

圖. (a)大面積高定向斯格明子賽道陣列；(b) 方向調控；(c) 矢量場分步調控及原理。

該工作創新性地發展了一種通過矢量磁場構建和調控斯格明子賽道陣列的方法，并揭示了其潛在的物理機制。這是首次成功構建具有大面積和高定向性的斯格明子賽道陣列結構，為開發基于斯格明子的高通量信息器件提供了全新的技術路徑。

相關研究成果以“Controllable highly oriented skyrmion track array in bulk Fe3GaTe2”為題，發表于2025年4月28日的Physical Review X上。物理所博士生王云昊、朱詩雨副研究員、復旦大學博士生華辰松為共同第一作者；朱詩雨副研究員、復旦大學余偉超研究員和高鴻鈞研究員為共同通訊作者，物理所博士后胡國靜和楊海濤研究員提供了Fe3GaTe2單晶，復旦大學博士生華辰松、余偉超研究員和肖江教授進行了理論模擬。該工作得到了國家自然科學基金、科技部、北京市科委、中國科學院等科研項目的支持。

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