湾区时讯 突破性发现！华南理工大学郑风珊教授联合德国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，瑞典乌普萨拉大学博士Filipp N. Rybakov博士，北京工业大学杨鲁岩博士和德国于利希研究中心恩斯特·卢斯卡电镜中心石文博士、Rafal E. Dunin-Borkowski教授等学者，首次实验中发现磁霍普夫子（Hopfion）。相关成果以“Hopfion rings in a cubic chiral magnet”为题发表在Nature上。
　　其中，郑风珊教授为通讯作者兼第一作者，Nikolai S. Kiselev和Filipp N. Rybakov为共同通讯作者；华南理工大学为第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金和中央高校业务费的支持，也得到了合肥强磁场中心杜海峰研究员课题组的高质量样品支持。

"霍普夫子"以德国数学家海因茨-霍普夫(Heinz Hopf)的名字命名，其概念由来可追溯到由英国物理学家托尼-斯凯尔姆(Tony Skyrme)在1962年首次提出的“拓扑孤子”。2009年，科学家首次在磁体中发现了拓扑孤子，为了纪念 Skyrme，将其称为Skyrmion(斯格明子)。

一般认为，磁斯格明子是由电子自旋在空间上构成的一类二维旋涡状结构，从样品上表面贯穿到下表面，形成了斯格明子弦(String)。理论上，如果把两个末端连接起来，会进一步形成一类三维拓扑磁孤子——磁霍普夫子。但目前为止，实验上尚未发现强有力的证据表明磁霍普夫子的存在。

该联合团队利用了透射电子显微镜磁成像技术和微磁学计算，在立方铁锗合金中观察到了与斯格明子弦耦合的霍普夫子，并提供了诱导产生这类霍普夫子的实验方法，取得了高度可重复的实验结果。该形核方法通过改变外部磁场的方向，同时保证磁场足够弱，以确保斯格明子弦在转换过程中保持完整，也得保证磁场足够强，足以改变样品边缘材料的磁状态;通过来回切换磁场方向，这种边缘调制的闭合磁结构会持续稳定存在，进一步通过增加磁场强度，形成与斯格明子弦耦合的霍普夫子。

此外，本研究也提供了统一的斯格明子-霍普夫子的同伦(homotopy)分类，并深入探讨了手性磁体中拓扑孤子的多样性。这一突破性发现为未来磁性材料、自旋电子学和非传统计算等领域的发展提供新思路，也为新型功能器件的设计和开发提供了有力支持。

该报道也被同期News/Views以专题文章“Magnetic hopfion rings in new era for topology”加以评论。

郑风珊，自旋科技研究院/电子显微中心/物理与光电学院教授、博导。

研究领域：电子显微学、电磁成像、拓扑磁性

主要贡献：发展了高空间分辨的二/三维电/磁成像电子显微学方法;实验上在手性磁体中发现了磁霍普夫子、磁浮子、磁斯格明子辫子和反磁斯格明子等，以第一/通讯作者身份在Nature，Nat. Nano.，Nat. Phys.，Nat. Commun.， Phys. Rev. Lett.和Nano Lett.等国际刊物上发表SCI论文20余篇，引用2000余次。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06658-5

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

自旋科技研究院简介

华南理工大学自旋科技研究院成立于2021年5月，位于华南理工大学广州国际校区，是高松院士在华南理工大学创立的具有交叉学科背景的新型科研创新平台。研究院以自旋为核心研究对象，从多学科综合交叉的角度，深入研究物质的自旋量子属性，面向国家信息产业重大需求和人民生命健康，研发自旋新材料和新技术，培养国际一流的自旋科技人才，计划建设成为国际一流的自旋科技创新研究机构。

研究院以自旋化学、自旋操控、自旋材料与器件、自旋生物医学为主要研究方向搭建多学科交叉科研平台，共完成建设各类功能实验室14套(间)，使用总面积5000平方米，主要设备包括EPR、ODMR、ICP-MS、SQUID、PPMS、STM、Raman、紫外-可见、FT-IR、稳瞬态荧光、气相色谱、电化学工作站、单晶X-射线衍射仪、球差校正透射电子显微镜和高分辨核磁共振仪、微纳加工系统、低温液氦生成系统等。

研究院成立以来，秉承高质量内涵式发展理念，根据研究院交叉研究背景，因地制宜，形成了“华工自旋”的发展理念：

实行以PI作为研究院独立研究方向带头人的科研管理体制，充分赋予其自主权和资源调配权，为科研人员提供更加灵活的科研管理服务，尽可能激发科研人员的创新活力，提高科研产出效率。

重视跨学科交叉合作，打破院内交叉壁垒，积极开展有助于产生更多创新性研究成果深度合作，提高研究院在相关领域的综合实力。

重视项目申报，以各类项目申报为抓手，为研究院快速发展提供可持续动力，保障科研开展的连续性。

积极开展国际交流与合作，与国际知名高校和研究机构建立合作关系，共同开展科研项目和人才培养，不仅可提高研究院的国际影响力，更为研究院的快速发展提供更广阔的视野和资源。

电子显微中心简介

华南理工大学电子显微中心成立于2023年3月，位于华南理工大学广州国际校区，是一个开放的校级科学研究平台。中心配备了完备的电子显微设备，具有先进的软硬件开发能力，采用独特的运行管理模式。

中心秉承高端引领的理念，立足于国际科研前沿，专注于“低剂量高分辨成像”“四维扫描透射显微学”“高分辨全息和电磁成像”“原位电子显微学”“三维电子衍射”“原子分辨电子断层术”等核心研究方向，致力于革新透射电子显微技术。同时，中心也全力支持化学、物理、材料、电子、生医等相关学科的发展，为构建相关产业新格局提供重要支撑。目前已完成1300平方米的专业实验室建设，并采购了包括多台球差电镜、双束电镜、X-射线断层扫描等在内的10余台高端科研设备。

来源：华南理工大学

通讯员/鲍恩 卢庆雷

责任编辑/刘秀