灣區時訊 突破性發現！華南理工大學鄭風珊教授聯合德國于利希研究中心彼特·格林伯格研究所Nikolai S. Kiselev博士、Stefan Blügel教授，瑞典烏普薩拉大學博士Filipp N. Rybakov博士，北京工業大學楊魯巖博士和德國于利希研究中心恩斯特·盧斯卡電鏡中心石文博士、Rafal E. Dunin-Borkowski教授等學者，首次實驗中發現磁霍普夫子（Hopfion）。相關成果以“Hopfion rings in a cubic chiral magnet”為題發表在Nature上。
　　其中，鄭風珊教授為通訊作者兼第一作者，Nikolai S. Kiselev和Filipp N. Rybakov為共同通訊作者；華南理工大學為第一完成單位。該工作得到了國家自然科學基金和中央高校業務費的支持，也得到了合肥強磁場中心杜海峰研究員課題組的高質量樣品支持。

"霍普夫子"以德國數學家海因茨-霍普夫(Heinz Hopf)的名字命名，其概念由來可追溯到由英國物理學家托尼-斯凱爾姆(Tony Skyrme)在1962年首次提出的“拓撲孤子”。2009年，科學家首次在磁體中發現了拓撲孤子，為了紀念 Skyrme，將其稱為Skyrmion(斯格明子)。

一般認為，磁斯格明子是由電子自旋在空間上構成的一類二維旋渦狀結構，從樣品上表面貫穿到下表面，形成了斯格明子弦(String)。理論上，如果把兩個末端連接起來，會進一步形成一類三維拓撲磁孤子——磁霍普夫子。但目前為止，實驗上尚未發現強有力的證據表明磁霍普夫子的存在。

該聯合團隊利用了透射電子顯微鏡磁成像技術和微磁學計算，在立方鐵鍺合金中觀察到了與斯格明子弦耦合的霍普夫子，并提供了誘導產生這類霍普夫子的實驗方法，取得了高度可重復的實驗結果。該形核方法通過改變外部磁場的方向，同時保證磁場足夠弱，以確保斯格明子弦在轉換過程中保持完整，也得保證磁場足夠強，足以改變樣品邊緣材料的磁狀態;通過來回切換磁場方向，這種邊緣調制的閉合磁結構會持續穩定存在，進一步通過增加磁場強度，形成與斯格明子弦耦合的霍普夫子。

此外，本研究也提供了統一的斯格明子-霍普夫子的同倫(homotopy)分類，并深入探討了手性磁體中拓撲孤子的多樣性。這一突破性發現為未來磁性材料、自旋電子學和非傳統計算等領域的發展提供新思路，也為新型功能器件的設計和開發提供了有力支持。

該報道也被同期News/Views以專題文章“Magnetic hopfion rings in new era for topology”加以評論。

鄭風珊，自旋科技研究院/電子顯微中心/物理與光電學院教授、博導。

研究領域：電子顯微學、電磁成像、拓撲磁性

主要貢獻：發展了高空間分辨的二/三維電/磁成像電子顯微學方法;實驗上在手性磁體中發現了磁霍普夫子、磁浮子、磁斯格明子辮子和反磁斯格明子等，以第一/通訊作者身份在Nature，Nat. Nano.，Nat. Phys.，Nat. Commun.， Phys. Rev. Lett.和Nano Lett.等國際刊物上發表SCI論文20余篇，引用2000余次。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06658-5

自然News/Views: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03502-8

自旋科技研究院簡介

華南理工大學自旋科技研究院成立于2021年5月，位于華南理工大學廣州國際校區，是高松院士在華南理工大學創立的具有交叉學科背景的新型科研創新平臺。研究院以自旋為核心研究對象，從多學科綜合交叉的角度，深入研究物質的自旋量子屬性，面向國家信息產業重大需求和人民生命健康，研發自旋新材料和新技術，培養國際一流的自旋科技人才，計劃建設成為國際一流的自旋科技創新研究機構。

研究院以自旋化學、自旋操控、自旋材料與器件、自旋生物醫學為主要研究方向搭建多學科交叉科研平臺，共完成建設各類功能實驗室14套(間)，使用總面積5000平方米，主要設備包括EPR、ODMR、ICP-MS、SQUID、PPMS、STM、Raman、紫外-可見、FT-IR、穩瞬態熒光、氣相色譜、電化學工作站、單晶X-射線衍射儀、球差校正透射電子顯微鏡和高分辨核磁共振儀、微納加工系統、低溫液氦生成系統等。

研究院成立以來，秉承高質量內涵式發展理念，根據研究院交叉研究背景，因地制宜，形成了“華工自旋”的發展理念：

實行以PI作為研究院獨立研究方向帶頭人的科研管理體制，充分賦予其自主權和資源調配權，為科研人員提供更加靈活的科研管理服務，盡可能激發科研人員的創新活力，提高科研產出效率。

重視跨學科交叉合作，打破院內交叉壁壘，積極開展有助于產生更多創新性研究成果深度合作，提高研究院在相關領域的綜合實力。

重視項目申報，以各類項目申報為抓手，為研究院快速發展提供可持續動力，保障科研開展的連續性。

積極開展國際交流與合作，與國際知名高校和研究機構建立合作關系，共同開展科研項目和人才培養，不僅可提高研究院的國際影響力，更為研究院的快速發展提供更廣闊的視野和資源。

電子顯微中心簡介

華南理工大學電子顯微中心成立于2023年3月，位于華南理工大學廣州國際校區，是一個開放的校級科學研究平臺。中心配備了完備的電子顯微設備，具有先進的軟硬件開發能力，采用獨特的運行管理模式。

中心秉承高端引領的理念，立足于國際科研前沿，專注于“低劑量高分辨成像”“四維掃描透射顯微學”“高分辨全息和電磁成像”“原位電子顯微學”“三維電子衍射”“原子分辨電子斷層術”等核心研究方向，致力于革新透射電子顯微技術。同時，中心也全力支持化學、物理、材料、電子、生醫等相關學科的發展，為構建相關產業新格局提供重要支撐。目前已完成1300平方米的專業實驗室建設，并采購了包括多臺球差電鏡、雙束電鏡、X-射線斷層掃描等在內的10余臺高端科研設備。

來源：華南理工大學

通訊員/鮑恩 盧慶雷

責任編輯/劉秀