马克斯·普朗克固态研究所Adv. Mater.：

马克斯·普朗克固态研究所Markus Burghard，Yuhan Sun，日本理研中心Max T. Birch发表了题为“Localized Spin Textures Stabilized by Geometry-Induced Strain in 2D Magnet Fe3GeTe2”的工作于Advanced Materials期刊上。本文通过微柱阵列引入几何诱导应变，结合高分辨率扫描透射X射线显微镜（STXM），首次直接观测到二维铁磁材料 Fe₃GeTe₂（FGT）在局域应变下的磁响应。研究发现：应变效应：微柱边缘的剪切应变（≈0.5%）使居里温度（TC）局部提升10 K；拓扑自旋织构：在柱角处稳定了斯格明子（skyrmions）、斯格明子ium（skyrmioniums）及斯格明子袋（skyrmion bags）；调控机制：应变通过改变晶格对称性和交换相互作用路径，为自旋织构提供能量有利的成核位点。

研究背景

vdW磁体（如 FGT、CrI₃）因其层间弱耦合特性，易于通过电场、应变等调控磁序。既往研究集中于全局应变（单轴/双轴）对磁性的影响（如 TC变化），局域应变对自旋织构的作用尚未探索。金属性、层间铁磁序（块体TC ≈ 220 K）；可承载拓扑自旋织构（斯格明子等），但需低温或强磁场稳定。

研究思路

在 Si₃N₄ 基底上制备铝微柱阵列（边长 1–6 μm），将 FGT 薄片（155 nm）压印至柱顶，通过 vdW 作用产生局域应变。AFM 拓扑分析 → 计算应变张量；Raman 光谱 → E²2g 模红移（0.6 cm⁻¹）证实 0.5% 拉伸应变；COMSOL 模拟 → 柱角剪切应变集中。STXM 结合 XMCD → 空间分辨 *m*z（面外磁化分量）；绘制磁场-温度相图 → 分析应变区域的自旋织构演化。 局域应变调控TC：STXM 显示柱角处磁序持续至 255 K（块体 TC = 212 K），提升 10 K。拉伸应变增加 Fe-Te-Fe 键角→增强铁磁超交换作用。 拓扑自旋织构的应变稳定：在 217 K/0 mT 下，柱角处观测到斯格明子ium和斯格明子袋。高应变区（HS）的斯格明子相区扩大，且直径增大。 剪切应变的关键作用：AFM/COMSOL 显示柱角剪切应变（≈0.4%）打破晶格对称性；FGT 适度弯曲（vs. 石墨烯）保留剪切应变，促进拓扑态形成。 结论几何诱导应变（尤其剪切分量）可局域调控 FGT 的磁序，提升 TC并稳定拓扑自旋织构。微柱角作为“磁学纳米反应器”，为自旋电子器件（如赛道存储器、逻辑门）提供可控成核位点。 图1a) FGT 晶体结构侧视图。b) 块体 FGT 在 30 mT 磁场下面外（紫）与面内（橙）磁化强度-温度曲线。c) 应变 FGT 器件示意图：Si₃N₄ 膜上预制铝微柱（边长 1/2/4/6 μm），压印 FGT 薄片。d) 含铝柱的 Si₃N₄ 膜上 FGT 薄片光学显微图，红框为 STXM 成像区域（标尺：10 μm）。e-g) 218 K、0 mT 下 ROI 的磁织构 STXM 图像（铝柱边长 1/2/4 μm；标尺：1 μm）。 图2a) FGT 薄片在微柱阵列上的 AFM 形貌图（标尺：10 μm）。b,c) 由 AFM 数据计算的平面拉伸应变 (b) 和剪切应变 (c) 分布（标尺：5 μm）。d) 平面拉伸应变（上）与剪切应变（下）的晶格畸变示意图。e,f) 模拟的平面法向应变 (e) 和剪切应变 (f) 分布（标尺：5 μm）。g) 跨越 4 μm 铝柱的 FGT 拉曼光谱（虚线标示模式红移）。h) E²2g 模跨越柱边缘的位置变化（误差棒为拟合置信区间）。 图3a) 2 μm 铝柱上 FGT 薄片在 230 K 的 X 射线显微图（标尺：500 nm）。b) 柱角磁化放大图，白线为等 *m*z线。c-g) 不同温度下的 STXM 图像（标尺：500 nm）。h) 150 K 下 FGT 的 X 射线吸收谱（左旋圆偏振，±250 mT），差值给出 XMCD 信号。i) 三个 ROI 的面外磁化强度随温度变化。 图4a-p) 2 μm 铝柱上 FGT 在不同温度（200/217/220 K）和磁场（-250 至 250 mT）下的 X 射线显微图。红圈标示斯格明子ium (i) 和斯格明子袋 (k)（标尺：1 μm）。 图5a-c) 低/中/高应变区的磁相图（UM=均匀磁化；SD=条带畴；Sk=斯格明子；SkM=斯格明子ium）。d) 217 K/0 mT 下 FGT 的 X 射线显微图，绿/黄/红框为低/中/高应变区（标尺：1 μm）。e-g) 213/215/217 K 下低应变（绿）与高应变（红）区的斯格明子数量随磁场变化。 文献：