学术活动

2017年名师导学系列讲座之十一:Magnetic Skyrmions:a Topological Magnetic Phase——记12月20日美国布林茅尔学院程雪梅教授讲座


12月20日下午,来自美国布林茅尔学院的程雪梅教授在潘琦楼国生报告厅为来自匡院和各个拔尖班的近两百位2016级同学开展了一场生动有趣而又干货满满的讲座。作为美国布林茅尔学院物理系主任,程教授用简单易懂的描述和特意购置的用作展示道具的橡皮泥,向大家介绍了拓扑学的基本知识和磁斯格明子(magnetic skyrmions)这一研究领域的全貌,使刚刚进入大二的同学们对凝聚态物理的前沿领域产生了初步的了解。

在活动开始前,每位听讲座的同学就领到了一块今天用作互动的橡皮泥,大家纷纷猜测橡皮泥的用途,直到讲座开始,程教授才娓娓道来。原来,程教授要用橡皮泥给大家展示拓扑学的一些基础知识。程教授介绍道,拓扑学经常被描述成 “橡皮泥的几何”,就是说它研究物体在连续变形下不变的性质。比如,所有多边形和圆周在拓扑意义下是一样的,因为多边形可以通过连续变形变成圆周,而PPT上,一个茶杯可以连续地变为一个实心环,在拓扑学家眼里,它们是同一个对象。拓扑简单的说,就是研究几何形状在连续形变中所不变的性质。而拓扑变换就是不把曲面撕裂或割破的变换。之后,程教授就要求同学们用橡皮泥做出一个经典的拓扑变换。

                    


图为同学们在用橡皮泥做简单的拓扑不换

在讲座中,作为一名92级理科强化部的毕业生,也就是匡亚明学院的院友,程教授与同学们自然有许多共同的话题。“我对你们的大学物理学教材实在是再熟悉不过了!“每当提到一些基础的大学物理学知识时,程教授无不动情的讲到。

完成了充满趣味性的主题引入后,程教授全面介绍了磁斯格明子领域的发展前景和研究前沿。斯格明子最早是高能物理中的一个概念,现在在凝聚态物理中受到了广泛应用。程教授介绍道,在磁性材料中,理论预言在具有Dzyaloshinsky-Moriya(DM)相互作用的磁性材料(比如非中心对称的手性磁体)中,能形成稳定的斯格明子基态。在斯格明粒子内部,旋转电子指向不同的方向,从而使磁场当彼此接近时很难彼此粘在一起。斯格明子具有微型磁场,环绕着原子结构。磁场是数据存储的基础,在普通的磁体中,原子内部旋转电子以相同方式排列,从而形成特有的磁场。

斯格明子示意图

当然,在人们最关心的应用方面,斯格明子的应用也将是有着划时代意义的。一般来说,磁场植入金属合金中构成1和0,用于存储计算机数据。但是这些二进制数据必须拥有相同的间距,从而保证运行正常。将它们近距离放置在一起,磁场开始彼此“粘贴”,最终形成数据。而斯格明子是微纳米尺度上的一种自旋结构。由于受到拓扑保护,其具有较高的稳定性,同时可以被很低的电流所驱动,因此,其被广泛认为是一种具有高速度,高密度,低能耗等特点的非易性自旋存储器件中的信息载体。


 程教授介绍斯格明子

在讲座的最后,程教授还热情地邀请大家起立,大家一起用手做出斯格明子的示意图,让大家对斯格明子这一高深的物理学概念有了更加深刻的理解。                       

同学们热情的参与互动

讲座后,同学们热忱而好奇地对程教授进行提问,并都获得了满意的答复,从而进一步加深了全体同学对于问题的认识。



(文/刘雨萌 图/王诗尧)


点击次数:285 更新时间:2018-01-04【打印此页】【关闭】