Nat. Mater:它的出现是否能引领5G通讯的发展？ ▲第一作者：HongJianZhao通讯作

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▲第一作者：Hong Jian Zhao通讯作者：Peng Chen & Laurent Bellaiche
通讯单位：University of Arkansas
DOI：10.1038/s41563-020-00821-3
背景介绍随着5G通讯时代的到来，能否发展出具有与传统微电子器件相比的低能耗、更高集成度的信息处理器件以与5G通讯的高数据速率传输、低延迟、低成本、高信息容量等特征相匹配的新一代电子学器件越发成为大家所关心的问题。从能量尺度上来讲，操控电子自旋间相互作用比操控电荷间相互作用小几个量级，因而自旋电子学器件具有传统微电子器件所无法比拟的长相干时间、高速和低能耗等特性，被视为后摩尔时代的前瞻性技术之一。
磁性斯格明子作为一种受拓扑性质保护的纳米级磁涡旋结构具有高稳定性，同时其小尺寸和可操控性等优势使得其在构建高密度、高速度、低能耗和非易失性磁存储和信息处理器件方面具有重要应用价值。尽管如此，但其在实际应用上仍存在问题：
1、磁斯格明子材料的种类不够丰富
2、单个斯格明子的产生、驱动和探测技术困难
这极大地阻碍了磁斯格明子在自旋电子学器件的开发和应用方面的进展。那么，是不是可以反其道而行之，开发寻找其他非磁性类型的斯格明子呢？这将有助于拓展和补充磁斯格明子种类的不足，同时还有可能在单个斯格明子的产生、驱动和探测技术上取得突破。
当mi和mj两个磁矩之间由于自旋-轨道耦合效应发生Dzyaloshinskii-Moriya interaction（DMI）（二者以Dij·(mi x mj) 的形式存在）时，能够产生引人入胜的如磁性拓扑缺陷（如磁斯格明子）、自旋轨道转矩和磁驱动铁电等非共线磁性现象，这具有重大的物理意义和技术意义。尽管磁DMI也有可能产生与电偶极子的非共线结构相关的新特征的惊人可能性，但很少有人考虑是否存在与它相对应的电气对应物——以D’ij强度为特征来描述两个极性位移ui和uj之间的相互作用，也即电DMI 。
那么，是否存在与磁DMI类似的电DMI呢，电DMI是否又具有跟磁DMI一样产生类似非共线磁性现象的磁斯格明子呢？电斯格明子若存在势必会引领5G通讯的迅猛发展！
本文亮点1、本文将第一性原理计算与群论对称性分析相结合，证明了电DMI的存在，证实了电DMI与磁DMI之间的一一对应关系，并揭示了其物理本质。 2、通过与磁斯格明子进行比较，预言并证明了由u?（?×u）（其中u是位移）引起的电Bloch斯格明子的存在。
3、研究发现只要这些理论植根于DMI ，我们就可以在电磁理论和电气理论之间架起一座沟通的桥梁。
4、这些重大发现可用于解释或设计具有潜在技术重要性的铁电学和多铁电学现象。
图文解析
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▲图1. 与12种三线性机制相关的原子运动与ABO3钙钛矿中A和B离子的铁电和反铁电运动示意图要点：
1、研究人员表示，与磁性DMI相关的各种现象可能也会在电气系统中找到与它们相对应的等效部分。
2、本文将开启或推动具有偶极子系统的电DMI领域的发展。
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▲图2. R和Mz调制范围内的Al离子沿x方向位移时作用在Bi和Al离子上的力、LaFeO3和BiAlO3重新归一化的弱磁或铁电成分与反相倾角ωRz的关系要点：
1、对称性论证也暗示了uz（??u）?（u??）uz的出现，并在理论上明确了它可以产生电Néel斯格明子。
2、确定是否可以在真实材料中发现基于电DMI这两种机理的电斯格明子将具有重大物理与技术意义。
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