室上 - 室温のキラルスカイミオン格子とdzyaloshinskii-moriya van der waals ferramagnet fe3-xgate2における相互作用

既存の2Dファンデルワールス（VDW）材料のスキルミオンは、主に極低温温度に限定されており、キラルスキーミオンを安定化するための重要な成分であるdzyaloshinskii-moriya相互作用（DMI）の基礎となる物理的メカニズムは、依然として不適切に調査されています。ここでは、VDW強磁性fe3-xgate2におけるnéelタイプのスキルミオンの観察を、室温を上回ることを報告します。Fe3-XGATE2の中心対称性の以前の仮定とは反対に、原子解像度スキャン透過型電子顕微鏡は、中心外のFeラー原子が空間反転の対称性を破壊し、極地の金属をレンダリングすることを明らかにしています。第一原理の計算では、DMIが主にFert-Lévyメカニズムを介してTEサブレイヤーから生じることをさらに解明します。驚くべきことに、Fe3-XGATE2のキラルスカイミオン格子は、ゼロ磁場で最大330 Kまで持続でき、他の既知のSkyrmion VDW磁石と比較して優れた熱安定性を示しています。この作業は、Skyrmionicsに関する貴重な洞察を提供し、室温を超えて動作する2D材料ベースのSkyrmionデバイスの有望な見通しを提供します。

Skyrmions in existing 2D van der Waals (vdW) materials have primarily been limited to cryogenic temperatures, and the underlying physical mechanism of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction (DMI), a crucial ingredient for stabilizing chiral skyrmions, remains inadequately explored. Here, we report the observation of Néel-type skyrmions in a vdW ferromagnet Fe3-xGaTe2 above room temperature. Contrary to previous assumptions of centrosymmetry in Fe3-xGaTe2, the atomic-resolution scanning transmission electron microscopy reveals that the off-centered FeΙΙ atoms break the spatial inversion symmetry, rendering it a polar metal. First-principles calculations further elucidate that the DMI primarily stems from the Te sublayers through the Fert-Lévy mechanism. Remarkably, the chiral skyrmion lattice in Fe3-xGaTe2 can persist up to 330 K at zero magnetic field, demonstrating superior thermal stability compared to other known skyrmion vdW magnets. This work provides valuable insights into skyrmionics and presents promising prospects for 2D material-based skyrmion devices operating beyond room temperature.