纳米尺度磁性（反）斯格明子、磁半子等实空间拓扑自旋结构，由于具有拓扑保护带来的高稳定性以及低功耗外场操控等特点，有望作为新型磁性信息单元实现未来高密度、高速度信息存储和新型自旋电子器件。前期研究发现，具有整数拓扑荷的自旋构型既可以晶格形式存在也可孤立存在，单个拓扑结构被电流驱动时会受到内禀斯格明子霍尔效应而产生横向偏转，甚至信息丢失。然而，具有分数拓扑荷的自旋结构，如半整数拓扑荷（Q = 1/2）磁半子（meron），通常成对出现，单一孤立形式难以稳定，其分数拓扑性质有望区别于传统整数拓扑磁单元，但其生成以及可控电流驱动行为一直未有实验报道。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心沈保根院士、张颖研究员团队利用建成的洛伦兹透射电子显微镜高分辨实空间成像、原位外场调控以及微磁学模拟等多功能磁性材料研究平台，进一步调控Mn1.4PtSn磁体的边界效应诱导磁构型发生拓扑转变，实现了整数拓扑反斯格明子向分数拓扑磁半子态的转变。原位透射电子显微镜实空间直接观察结合微磁学模拟表明，当反斯格明子靠近样品边缘时，自旋磁矩分布的连续性在样品边界附近破缺，并在边界退磁场及多种交换作用共同竞争下发生局域磁结构重构，最终形成孤立的半整数拓扑磁半子态。进一步研究发现，样品边界还可以提供天然的一维轨道，实现电流驱动孤立拓扑磁半子高效可控直线运动。该研究揭示了边界限域、相互作用与分数拓扑性质协同调控自旋准粒子的新机制，由于磁半子拓扑荷降低为半整数，其对应的陀螺矢量及斯格明子霍尔效应显著减弱，同时边界磁结构的吸引作用与横向偏转马格努斯力相互平衡，从而有效抑制斯格明子霍尔效应，实现了无横向偏转的可控直线运动。零磁场下孤立半整数拓扑磁结构的生成以及电流可控直线驱动为发展基于分数拓扑磁单元的新型低功耗信息器件提供了重要的实验和物理基础。
研究成果以“Room-temperature generation and electric-current-driven manipulation of isolated fractional antiskyrmions in a chiral magnet”为题发表在《Physical Review Letters》上。中国科学院物理研究所博士后何至东为论文第一作者，中国科学院物理研究所张颖研究员为通讯作者，中国科学院物理研究所的沈保根院士、赵同云研究员、北京理工大学沈俊教授等长期大力支持共同完成该工作。
该研究工作得到国家自然科学基金委项目、国家重点研发计划、中国科学院稳定支持青年团队计划、博新计划等项目的资助。
原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/lv79-x666
图. 通过调控Mn1.4PtSn磁体的边界效应诱导磁构型发生拓扑转变，实现了整数拓扑反斯格明子向分数拓扑磁半子态的转变以及电流驱动孤立拓扑磁半子沿样品边缘可控直线运动，揭示了边界限域、相互作用与分数拓扑性质协同调控自旋准粒子的新机制。