我国二硒化钒纳米管研究新进展助力自旋电子学发展

在凝聚态物理与自旋电子学领域，具有非共线自旋结构和奇异拓扑织构的磁性材料是研究焦点，其中弯曲磁性材料凭借几何曲率与自旋构型的耦合特性，能稳定平面系统中难以实现的非共线排列和复杂自旋织构，是探索新奇物理现象、开发下一代自旋电子学器件的关键方向。而二维范德华磁体的发现与过渡金属硫族化合物纳米管合成技术的发展，让构建本征磁性纳米管成为可能，这类体系也成为研究曲率驱动磁性现象的理想载体。

近日，中国科学院理论物理研究所、中国科学院大学、中国科学院国家纳米科学中心等单位的研究团队，在二硒化钒（VSe₂）单壁纳米管研究中取得重要突破。团队综合运用密度泛函理论、海森堡模型建模和 LLG 方程等研究手段，深入探究 VSe₂纳米管的磁性基态，首次发现了直径调控的高阶涡旋态和磁子轨道角动量杂化现象，并提出了产生高轨道角动量磁子的新机制，这类磁子因对外界干扰不敏感，在信息传输与储存领域具备显著应用优势。

此次研究取得多项核心成果：探明 VSe₂纳米管的基态为全新的高阶 3φ 磁性涡旋态，该状态可形成八瓣状磁子密度分布图案，是准一维体系中新型的稳定非共线拓扑有序态；揭示了铁磁与反铁磁交换作用及磁各向异性的竞争机制，这一机制能够稳定不同缠绕数的磁性涡旋态，有望为设计弯曲磁体中的复杂自旋织构提供通用原则；发现不同轨道角动量磁子模的杂化现象，为高轨道角动量磁子的产生与调控开辟了新途径。

该研究以 VSe₂纳米管为研究对象，清晰揭示了几何形状对材料微观磁性的调控作用，将磁性涡旋态的研究范畴拓展至高阶领域，也为在材料内部本征地产生和调控高轨道角动量磁子提供了新思路。同时，高轨道角动量磁性涡旋态兼具信息容量大、抗干扰能力强的特点，让 VSe₂纳米管成为探索复杂磁现象、研发下一代磁子学及自旋电子学器件的理想平台。