近日，武汉大学物理科学与技术学院于霆教授团队在《自然·通讯》（Nature Communications）在线发表了题目为“Spontaneous emergence of Dzyaloshinskii-Moriya interaction via field-cooling-induced interface engineering in 2D ferromagnetic ternary tellurides”的研究论文。武汉大学博士生夏仕安，东南大学博士生罗焰和武汉大学博士后Iftikhar Ahmed Malik为论文共同第一作者，武汉大学刘盛副研究员、东南大学朱超教授及武汉大学于霆教授为共同通讯作者，武汉大学为第一署名单位。

在传统信息存储中，数据通常通过磁极的简单朝向来进行记录。随着器件微缩逼近物理极限，传统磁存储面临着发热和能耗的严峻挑战。相比之下，磁斯格明子（skyrmion）作为一种受拓扑保护的自旋结构，在超高密度存储和逻辑架构等自旋电子学应用中展现出巨大潜力。它的微观自旋排列如同一个极其稳定的“自旋龙卷风”，能够以极小的纳米级尺寸和极低的能耗作为新型信息载体。近年来，在室温二维范德华铁磁体Fe3GaTe2（FGaT）中发现的斯格明子引起了领域的广泛关注。然而，要产生并维持这种特殊的自旋织构，依赖于由空间反演对称性破缺所产生的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（DMI）。由于FGaT晶体本身具备中心反演对称性，其中DMI的物理起源一直是一个悬而未决的理论悖论。

针对这一重要基础科学问题，该团队揭示了在FGaT及其同构材料Fe3GeTe2（FGeT）中由场冷却（FC）驱动的DMI自发涌现机制，成功突破了认知瓶颈。团队发现，常规的场冷却过程会导致FGaT表面发生不可逆的相变，自发析出FeTe2薄层。这种新形成的FeTe2/FGaT异质结打破了体系原有的中心反演对称性，从而在界面处产生了强烈的DMI相互作用。这一界面工程现象在同族材料FGeT中同样被证实，展现了该机制在三元碲化物中的普适性。此外，研究指出存在一个控制FeTe2有效析出以及随后斯格明子形成的关键厚度阈值。

与传统依赖复杂交替薄膜生长的手段不同，团队巧妙利用了上述界面发现，开发出一种创新的光热写入技术。该技术无需传统的场冷却过程，在室温下即可通过激光激发，在FGaT的特定预设位置确定性地写入孤立的单斯格明子。此研究不仅解决了名义对称的二维三元碲化物体系中DMI起源的悖论，还为通过可控界面工程操纵拓扑自旋结构建立了一条普适路径，为推动先进自旋电子学器件的发展迈出了关键一步。

课题组为有志探索微观自旋与拓扑磁结构前沿的学子提供科研平台。具备《固体物理》、《量子力学》和《光学》基础的学生即可加入开展科研训练。在这里，你将接触二维材料器件的微纳加工，系统学习磁力显微镜（MFM）、拉曼光谱（Raman）及课题组极具特色的二次谐波（SHG）非线性光学探测技术。此外，课题组还将提供运用 Python、Origin 和 Illustrator 进行前沿数据分析与科研绘图的全方位指导。

该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及武汉大学科研公共服务条件平台的支持。