キラル磁性体における電気制御可能な3次元磁気ホップフィオンを実現(Electrically Controllable 3D Magnetic Hopfions Realized in Chiral Magnets)

2026-01-15 中国科学院(CAS)

中国科学院合肥物質科学研究院は安徽大学、上海科技大学、米ニューハンプシャー大学と協力し、キラル磁性体FeGe中で三次元トポロジカル孤立波「ホップフィオン」を電気的に生成・制御することに初めて成功し、『Nature Materials』に発表した。スピントルクと熱励起を併用して生成し、外部磁場なしでも安定に存在することを確認。角度依存定量電子ホログラフィーとマイクロ磁気シミュレーションにより3次元構造とホップ電荷を実証した。さらに電流駆動でホール偏向を示さない特異なダイナミクスを観測。拡張性ある実験基盤を確立し、三次元トポロジカル磁気構造の物性解明と次世代スピントロニクス応用に道を開いた。

<関連情報>

カイラル磁性体への磁気ヘリクノトンの電気的書き込み Electrically writing a magnetic heliknoton in a chiral magnet

Long Li,Dongsheng Song,Weiwei Wang,Lingyao Kong,Shuisen Zhang,Ning Wang,Shilei Zhang,Mingliang Tian,Jiadong Zang,Yizhou Liu & Haifeng Du
Nature Materials  Published:07 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02450-0

extended data figure 1

Abstract

A magnetic heliknoton is the three-dimensional counterpart to the two-dimensional magnetic skyrmion, and serves as a pivotal topological soliton for extending topological magnetism into three dimensions. However, its experimental realization remains elusive. Here we report the controlled nucleation of a magnetic heliknoton in the chiral magnet FeGe at zero magnetic field, achieved through nanoscale current-pulse excitation. By combining angle-dependent quantitative electron holography with micromagnetic simulations, we resolve the three-dimensional spin texture of the heliknoton. In particular, the heliknoton exhibits current-driven collinear motion without the Hall effect. Our findings establish a readily accessible experimental platform for further exploration of three-dimensional topological solitons and highlight their potential for practical applications.

1701物理及び化学
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