本书围绕拓扑磁性材料与器件原理展开介绍，从拓扑磁学的起源、拓扑磁性材料的分类及其发展历程出发，深入阐释拓扑磁学及器件，重点介绍拓扑磁结构表征以及器件工作原理等内容，期望对读者理解和掌握拓扑磁学和拓扑磁性材料的基础理论、解决关键科学问题，以及从事相关领域的研究有所帮助。

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凝聚态物理博士-硕博连读（1996年9月–2001年7月） 中国科学院固体物理研究所 物理学学士（1992年9月–1996年7月） 安徽大学物理系2022年7月–至今 安徽大学党委常委、副校长；兼任安徽大学材料科学与工程学院院长、物质科学与信息技术研究院常务副院长 2015年12月–2022年6月 北京科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师 2007年12月–2015年12月 中国科学院物理研究所副研究员、博士生导师 2005年3月–2007年12月 英国牛津大学物理系研究助理（Research Associate） 2003年7月–2005年3月 德国马克思-普朗克微结构物理研究所博士后 2001年8月–2磁性材料中国电子学会应用磁学分会副主任委员兼秘书长、中国国际科技促进会稀土应用技术分会常务副会长、中国材料研究学会青年工作委员会高级理事、中国金属学会功能材料分会委员和中国稀土学会固体科学和新材料专业委员会委员等

目录
序
前言
第1章 绪论 1
第2章 体拓扑磁性材料 3
2.1 简介 3
2.2 斯格明子和相关的拓扑自旋织构 5
2.2.1 斯格明子、反斯格明子、磁半子和刺猬晶格的定义及其拓扑性 5
2.2.2 晶格与粒子图像 7
2.2.3 磁相互作用 9
2.3 手性磁体 13
2.3.1 MnSi和Fe1.xCoxSi 14
2.3.2 MnGe和MnSi1.xGex 18
2.3.3 β-Mn型的Co-Zn-Mn 合金 20
2.3.4 Cu2OSeO3 24
2.3.5 D2d 晶体：逆哈斯勒合金 Mn-Pt-Sn 25
2.4 极性磁体 28
2.4.1 GaV4S8 和 GaV4Se8 28
2.4.2 VOSe2O5 30
2.4.3 异质结界面：Co/Pt、SrRuO3/SrIrO3和磁性拓扑绝缘体 31
2.5 阻挫磁体 35
2.5.1 钆化合物：Gd2PdSi3、Gd3Ru4Al12和GdRu2Si2 35
2.5.2 钙钛矿氧化物：SrFeO3 38
参考文献 40
第3章 拓扑磁性薄膜 57
3.1 磁性薄膜中的磁畴壁 57
3.2 磁性薄膜中的界面 DM 相互作用.60
3.3 磁性薄膜中的手性畴壁结构 65
3.4 界面DM相互作用相关的物理效应及其测量 70
3.5 磁性薄膜中的拓扑手性调控 74
3.6 本章小结 79
参考文献 79
第4章 二维拓扑磁性材料 84
4.1 二维拓扑磁性材料简介.84
4.1.1 二维磁性材料 84
4.1.2 二维磁性材料中的DM相互作用与拓扑磁结构 86
4.1.3 二维拓扑磁结构调控及单赛道斯格明子基逻辑门 88
4.2 拓扑(反)磁半子 90
4.2.1 磁半子的自旋构型和拓扑荷 90
4.2.2 磁半子的实验发现 91
参考文献 94
第5章 非DM相互作用的拓扑磁结构 101
5.1 人工拓扑磁结构 101
5.1.1 人工二维斯格明子晶体的理论构建 101
5.1.2 人工二维斯格明子晶体的实验制备 113
5.1.3 人工斯格明子晶体激发模式的微磁学模拟研究 124
5.1.4 小结 129
5.2 阻挫.130
5.2.1 阻挫体系中的磁相互作用 131
5.2.2 典型阻挫体系的拓扑磁结构 135
5.3 LSMO类 139
5.3.1 磁泡的形成机制简介 139
5.3.2 LSMO类拓扑磁结构的实验观察和争议 141
参考文献 146
第6章 拓扑磁结构表征 152
6.1 洛伦兹透射电镜 152
6.1.1 洛伦兹模式磁畴成像原理 153
6.1.2 洛伦兹菲涅耳模式磁畴结构解析方法和举例 155
6.1.3 离轴电子全息方法磁畴成像原理及应用 157
6.1.4 微分相位衬度技术磁畴成像原理及应用 160
6.1.5 四维扫描透射技术磁畴成像原理及应用 163
6.2 光发射电子显微镜 166
6.2.1 光发射电子显微镜的工作原理及衬度机制 166
6.2.2 光发射电子显微镜在磁成像技术中的运用 167
6.3 自旋极化低能电子显微镜 173
6.3.1 自旋极化低能电子显微镜的工作原理及仪器介绍 174
6.3.2 自旋极化低能电子显微镜在磁成像中的应用 178
6.3.3 自旋极化低能电子显微镜表征拓扑磁结构的研究前景 182
6.4 扫描透射 X 射线显微镜 183
6.4.1 扫描透射 X 射线显微镜的工作原理.183
6.4.2 扫描透射 X 射线显微镜表征拓扑磁结构的实例 184
6.4.3 扫描透射 X 射线显微镜表征拓扑磁结构的研究前景 185
6.5 中子散射技术 186
6.5.1 引言 186
6.5.2 小角中子散射的基本原理 187
6.5.3 小角中子散射在拓扑磁性研究中的应用 192
6.5.4 极化中子反射的基本原理 195
6.5.5 极化中子反射在拓扑磁性研究中的应用 198
6.5.6 小结 204
6.6 磁力显微镜 205
6.6.1 磁力显微镜的工作原理 205
6.6.2 磁力显微镜在拓扑磁结构研究中的应用 208
6.6.3 磁力显微镜在拓扑磁结构表征中的应用前景 210
6.7 磁光克尔显微镜 210
6.7.1 磁光克尔显微镜的工作原理 210
6.7.2 磁光克尔显微镜观察拓扑磁结构 213
6.7.3 磁光克尔显微镜在拓扑磁结构表征中的应用前景 215
6.8 自旋极化扫描隧道显微镜 215
6.8.1 自旋极化扫描隧道显微镜简介 215
6.8.2 采用自旋极化扫描隧道显微镜技术表征和操控斯格明子结构 221
6.9 扫描金刚石氮–空位色心显微镜 226
6.9.1 扫描金刚石氮–空位色心显微镜的工作原理 226
6.9.2 扫描金刚石氮–空位色心显微镜在拓扑磁结构研究中的应用 229
参考文献 236
第7章 拓扑磁结构的调控 249
7.1 拓扑磁结构理论预测与分类 249
7.2 拓扑磁结构的磁场、温度调控 251
7.2.1 布洛赫型斯格明子的磁场、温度调控 251
7.2.2 奈尔型斯格明子的磁场、温度调控 253
7.2.3 反斯格明子的磁场、温度调控 254
7.2.4 磁束子的产生 255
7.3 电流诱导的斯格明子产生、湮灭和运动 256
7.3.1 电流诱导的斯格明子产生及湮灭 256
7.3.2 电流驱动斯格明子运动 258
7.4 磁浮子与磁束子的动力学特性 263
7.4.1 磁浮子动力学 263
7.4.2 磁束子动力学 264
参考文献 265
第8章 拓扑磁性材料中的输运性质 273
8.1 磁性材料的基本输运性质 273
8.2 演生电磁场与拓扑磁结构 275
8.2.1 贝里相位与贝里曲率 275
8.2.2 演生电磁场与标量自旋手性 277
8.3 拓扑磁结构相关的输运现象 280
8.3.1 拓扑霍尔效应与拓扑自旋霍尔效应 280
8.3.2 非共线磁电阻、非共线霍尔效应与手性霍尔效应 284
8.3.3 磁结构的高阶输运响应 289
8.4 本章小结 294
参考文献 294
第9章 拓扑磁学计算与模拟 298
9.1 二维拓扑磁性材料 298
9.1.1 微磁学基本理论 301
9.1.2 数值模拟方法和编程 313
9.1.3 模拟计算软件 318
9.1.4 特殊材料处理 322
9.1.5 原子尺度模拟及有限温度微磁学 328
9.2 第一性原理计算磁相互作用 336
9.2.1 引言 336
9.2.2 DM 相互作用 336
9.2.3 磁各向异性能 343
9.2.4 交换相互作用能 346
9.2.5 小结与展望 349
参考文献 349
第10章 器件设计与工作原理 362
10.1 畴壁赛道存储器 362
10.1.1 畴壁赛道存储器简介 363
10.1.2 畴壁赛道存储器的主要体系 370
10.1.3 基于磁畴壁的各类器件 382
10.1.4 畴壁赛道存储器的发展展望 388
10.2 斯格明子赛道存储器 388
10.2.1 斯格明子赛道存储器工作原理 388
10.2.2 合成反铁磁、亚铁磁和反铁磁斯格明子赛道存储器 397
10.2.3 其他类型斯格明子赛道存储器 398
10.3 斯格明子逻辑器件 399
10.3.1 斯格明子晶体管 399
10.3.2 斯格明子二极管 401
10.3.3 斯格明子逻辑门 403
10.4 斯格明子微波器件 406
10.4.1 斯格明子振荡器 406
10.4.2 斯格明子微波探测器 408
10.4.3 斯格明子混频器 409
10.5 基于斯格明子的非传统计算器件 410
10.5.1 斯格明子随机数生成器 410
10.5.2 斯格明子重洗牌器 413
10.5.3 斯格明子神经计算器件 414
参考文献 419
第11章 磁性拓扑体系中的拓扑电子与磁结构 431
11.1 磁性拓扑电子与物性 431
11.1.1 磁性外尔费米子 431
11.1.2 磁性拓扑半金属 432
11.1.3 磁性外尔半金属的物性 434
11.1.4 非共线磁结构相关的非传统横向输运 436
11.2 拓扑电子与非共线磁的相互调制 437
11.2.1 外尔电子诱导的等效磁场与电导 437
11.2.2 磁性外尔体系中的高效磁畴翻转 440
11.3 本章小结与展望 444
参考文献 444
第12章 总结与展望 448