自旋电子学在开发具有小尺寸，高存储密度，低功耗和高读取速度等优点的下一代磁信息存储器件方面有突出应用前景。在重金属/铁磁金属二元复合纳米薄膜中观察到的Skyrmions(一种具有特殊拓扑特性的磁涡旋结构)与具有特定手性的畴壁在此领域极具潜力，因而收到众多研究人员的高度关注。
然而，当Skyrmion在自旋电流驱动下在一条纳米线中运动时，由于其拓扑特性，Skyrmion会在Magnus力作用下偏向纳米线边缘（Skyrmion霍尔效应），使其可能“碰壁”而被破坏。为解决这一问题，有学者提出将拓扑特性相反的两种Skyrmions通过反铁磁作用耦合起来，使整个Skyrmion体系受力平衡而不出现Skyrmion霍尔效应(X. Zhanget al,Nat. Commun., 2016,7, 10293)。这种设计固然巧妙，但又导致新问题，即反铁磁耦合Skyrmion体系净磁矩为零，这使信息读取变得困难。
除了构造上述复合结构，“各向异性工程”也是优化磁性材料特性的常用办法。近期，我院张悦副教授通过微磁学计算发现，减小纳米线单边磁各向异性常数，能有效增强Skyrmion所受边界排斥力，使其抵抗Magnus力，进而减弱甚至消除Skyrmion霍尔效应，从而使Skyrmion可在更大电流下高速运动。相关工作已发表(Nanoscale, 2017, DOI: 10.1039/C7NR01980G)。张悦副教授是第一作者，其研二学生罗时江为第二作者，游龙教授和欧阳君讲师为共同通信作者。
在另一项工作中，张悦副教授与哈尔滨工业大学理学院杨畅讲师合作，将各向异性工程用于手性畴壁领域。他们通过广义坐标方法推出自旋电流驱动下手性畴壁在梯度磁各向异性纳米线中运动的动力学方程，并数值求解。研究发现较大的磁各向异性梯度能使畴壁运动速度显著增大，对开发基于畴壁的高速赛道存储器有借鉴价值。相关工作已发表(Scientific Reports,7 (2017) 2047)。张悦为第一作者，罗时江为第二作者，杨畅为通信作者。
此外，为拓展Skyrmions的应用领域，罗时江硕士生创造性地提出基于Skyrmion的脉冲信号发生器的概念。他通过微磁学计算发现当一个Skyrmion被限制于某正方形区域时，施加脉冲自旋电流可使Skyrmion在某闭合曲线上循环运动。通过磁隧道结输出Skyrmions经过其区域时的电压，即构成脉冲信号发生器。相关工作已发表(Appl. Phys. Lett. 110 (2017) 112402)。罗时江为第一作者，张悦为通信作者。
张悦副教授隶属于光学与电子信息学院传感器与智能系统研究所，是杨晓非教授团队的成员。该团队一直致力于传感器的研发，近年来得到了国家自然科学基金、国家科技支撑计划、国家重大仪器专项、国际合作、等项目的支持。
本新闻相关研究获得国家自然科学基金（No. 11574096，No. 61674062和No. 11401138）和国家留学基金委的经费支持。
