近日，汤进教授及其合作者等在三维拓扑磁结构探索研究中取得新进展，论文以“Thermal Stability of Skyrmion Tubes in Nanostructured Cuboids”为题发表在Nano Letters期刊。该研究工作使用自主开发原位变温面内磁场透射电镜样品杆，建立了受限纳米结构中三维斯格明子稳定性机制，促进了拓扑自旋电子学微纳器件的构建。强磁场科学中心与安徽大学联合培养博士生蒋佳良为第一作者，中科院强磁场科学中心杜海峰研究员和中科院宁波材料所夏卫星研究员为通讯作者，物理与光电工程学院田明亮教授、材料科学与工程学院王守国教授、宁波材料所闫阿儒研究员、宁波材料所陈仁杰研究员和合肥师范学院吴耀东高级实验师等为论文的重要合作者。汤进教授为并列第一作者兼共同通讯作者，安徽大学为第一单位。

纳米棱柱中的水平斯格明子管（左）以及斯格明子管相图（右）

汤进教授及其合作者长期从事三维拓扑自旋结构探索与电学操控研究，（Nat. Nanotechnol. 16: 1086 (2021)；Adv. Mater. 2306117 (2023)；Natl. Sci. Rev. 8: nwaa200 (2021); ACS Nano 14: 10986 (2020); Adv. Mater. 33: 2101610 (2021)）。斯格明子是一种涡旋状局域磁结构，因为它独特的磁电特性而成为新型自旋电子学器件信息载体的有力候选者。理论上斯格明子是一种二维物理模型，然而由于实际材料都是三维的，斯格明子会形成三维管状结构。拓扑微纳器件构建亟需揭示三维斯格明子管在限域纳米结构中的稳定性规律。

洛伦兹透射电镜是当前主流的高空间分辨率磁结构表征手段。然而，常规洛伦兹透射电镜仅能施加垂直磁场，无法直接观察斯格明子管，无法直接分辨管状斯格明子结构的形成。研究人员自主开发了原位低温面内磁场样品杆，可以在水平方向原位施加最大±118 mT的磁场。进一步，研究团队通过对B20合金FeGe纳米棱柱施加水平磁场，研究了结构限域对斯格明子管的产生、转变的影响，观测到低场螺旋畴与高场斯格明子管的q-矢量择优取向转变和高温热效应调控行为，与理论计算结合，揭示了实验现象可归因于不对称纳米结构中q矢量能量最优方向的转变。最后，研究人员完成了受限纳米结构中斯格明子管的温度-磁场稳定性相图。