斯格明子是微、纳米尺度上的一种具有类粒子特性的非共线的拓扑自旋结构，有望应用于下一代高密度、高速度、低能耗、非易失性自旋存储，并且这种实空间自旋拓扑态也导致了丰富的拓扑相关的输运现象等，因而斯格明子成为近年来磁学领域的研究热点。对斯格明子进行有效的调控是研究的关键问题之一，其中利用电场调控斯格明子具有如下优势：有效降低焦耳热和能耗、局域地调控单个斯格明子、样品制备工艺和现代半导体技术兼容等。将斯格明子材料与铁电材料复合形成多铁异质结构，通过应变媒介的磁电耦合效应实现电场对斯格明子的调控，具有重要的科学意义和应用前景。

最近，清华大学赵永刚研究组将典型的斯格明子体系[Pt/Co/Ta]×5多层膜和PMN-PT铁电单晶复合成异质结构，实现了电场对斯格明子的显著调控。磁力显微镜与洛伦兹透射电镜的表征展示了样品在室温下具有百纳米量级的斯格明子，得到了斯格明子随磁场的演化过程，并用磁力显微镜研究了原位加电场对斯格明子的调控，观察到电场诱导斯格明子产生、畸变以及局域擦除。利用布里渊散射测量得到了体系的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)强度对电场的响应行为，铁磁共振测量给出了样品磁各向异性随电场的变化，并进一步利用微磁模拟揭示了电场对斯格明子调控的机制。本工作表明电场能够有效地调控铁磁/铁电多铁异质结构中的斯格明子，这种调控方式避免了电流调控斯格明子产生的焦耳热和能耗问题，具有低能耗、结构简单等优点。此外，本工作也表明电场能够通过应变媒介有效调控重金属层/铁磁层界面DMI。本工作丰富了电场调控斯格明子的实验现象，加深了对调控机制的认识，对于多铁异质结构中电场调控斯格明子的研究及应用具有重要的参考价值。

该研究成果以“Electric-field control of skyrmions in multiferroic heterostructure via magnetoelectric coupling”为题于2021年1月12日发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。清华大学物理系赵永刚教授和美国威斯康星大学麦迪逊分校胡嘉冕助理教授为该论文通讯作者，清华大学2015级物理系博士生巴优、美国威斯康星大学麦迪逊分校博士生庄世豪、清华大学2017级物理系博士生张一可为该论文的共同第一作者。论文合作者包括兰州大学柴国志教授、清华大学马静副教授、中科院物理所张颖研究员、中科院物理所田焕芳副主任工程师、合肥物质科学研究院杜海峰研究员、清华大学江万军副教授、清华大学南策文院士。该工作得到了国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的支持。

文章链接: https://www.nature.com/articles/s41467-020-20528-y