四川师范大学物理与电子工程学院赵国平教授与香港中文大学（深圳）周艳教授、日本信州大学刘小晰教授、华南师范大学侯志鹏教授等课题组合作，在物理学著名期刊《Applied Physics Letters》上发表了题为“Realization of the skyrmionic logic gates and diodes in the same racetrack with enhanced and modified edges”的研究论文。该论文以四川师范大学为第一单位，研究生舒芸和李乾睿为共同第一作者，赵国平教授为通讯作者，学院赵永红教授、张德刚教授和夏静老师为共同作者。《Applied Physics Letters》是Nature index期刊，目前影响因子4.0左右，连续多年为中科院二区物理学顶级期刊。

 磁斯格明子是一种具有纳米尺度和高迁移率的拓扑准粒子，在信息存储和自旋电子器件中具有潜在的应用前景。基于磁斯格明子的逻辑门和二极管器件的设计已经有不少理论成果。然而，现有的相关设计仅限于实现逻辑门和二极管中的一种功能，没有将二者集成到同一个赛道上。此外，一些逻辑器件设计的驱动电流密度较大，意味着巨大的能量损耗。目前，多功能和低功耗器件的发展仍然是一个挑战。

该工作基于增强的赛道边缘和缺口设计，在同一赛道上实现了逻辑与门，或门和非门以及二极管功能，便于器件的集成化和小型化，并通过改变赛道形状，实现了逻辑与非门和或非门。作者模拟计算了铁磁纳米赛道中磁斯格明子的动力学特性，形成了一个具有较低的磁各向异性的通道，并证明了该设计在有限温度下的可行性。结果表明，赛道边缘的矩形缺口对磁斯格明子具有钉扎效应，丰富了磁斯格明子的动力学；该工作中使用的驱动电流密度比以往的大多数相关设计要小得多，实现了斯格明子器件的低能耗。研究成果于2022年7月发表，共计8页，见Appl. Phys. Lett. 121, 042402 (2022)，为设计多功能和超低能耗的非易失性自旋电子器件提供了一定指导。

图1 基于铁磁斯格明子的多功能赛道模型图

图2 基于铁磁斯格明子的逻辑与门和或门示意图

图3 基于铁磁斯格明子的二极管示意图及其功能相图

论文链接：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0097152

【编辑：物电学院】