M07 磁学国家重点实验室 M07 组Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences
Lorentz TEM · Topological Spin Textures

Principal Investigator

张颖简介

研究员 · 博士生导师 · 磁学实验室 M07 组课题组长

张颖简介

国家杰出青年基金获得者 国家重点研发计划首席科学家 中科院青促会优秀会员 科技新人奖

张颖，女，研究员，博士生导师，磁学室 M07 组课题组长。长期利用透射电子显微镜从事磁性功能材料的微观结构研究，重点关注磁性体系自旋新物态、拓扑磁畴结构及多物理场调控。已在 Nature Materials、Nature Communications、Physical Review Letters、Advanced Materials、Science Advances、Advanced Functional Materials、Nano Letters、Acta Materialia、Nanoscale、Physical Review B、Physical Review Materials 等期刊发表第一/通讯作者论文 40 余篇；发表 SCI 论文 120 余篇。获国家杰出青年基金、国家重点研发计划首席科学家、科技新人奖、中科院青促会优秀会员、中科院优秀毕业生、中科院院长奖学金优秀奖等。

教育背景

  • 2005.9–2008.6：中国科学院物理研究所，凝聚态物理，博士学位。
  • 1998.9–2005.7：河北工业大学，材料科学与工程，本科和硕士学位。

工作经历

  • 2012.7 至今：中国科学院物理研究所磁学实验室。
  • 2010.1–2012.6：美国能源部埃姆斯国家实验室，博士后。
  • 2008.6–2009.12：美国德克萨斯大学物理系，博士后。

科研条件

搭建并发展了全尺度高分辨率磁畴结构表征和多物理场调控平台，主要包括：

  • Lorentz 透射电子显微镜（LTEM）。
  • 磁光克尔显微镜系统（MOKE）。
  • 多种功能性外场调控样品杆：磁场、温度场、电场、三维重构等。
  • 微纳加工及透射电镜样品制备设备：蔡司 550 双束微纳加工 FIB、Allied 磨抛机、Gatan 凹坑仪和离子减薄仪等。
  • 松山湖材料实验室电镜子平台。

主要研究方向

磁性体系自旋新物态和物性调控研究。利用微纳加工 FIB、透射电镜、多种功能性原位样品杆以及磁光克尔显微镜，重点研究与未来磁性存储密切相关的磁性斯格明子等新型拓扑磁畴结构的生成调控以及原理性器件设计。

过去的主要工作及获得成果

2012 年入职物理所磁学室后，张颖研究员搭建了基于高分辨洛伦兹透射电镜、具有温度、电流、磁场等多场协同调控功能的高分辨率原位特色磁畴研究平台。近年主要工作包括：

  1. 率先发展了原位多场调控磁斯格明子的普适性新方法，突破了磁斯格明子需外磁场维持、温区窄的应用瓶颈，获得了零磁场、宽温区、高密度的非易失性磁斯格明子。
  2. 系统研究了 Kagome 磁体 TbMn6Sn6、二维 vdW 磁体 Fe5-xGeTe2、薄膜 Pt/Co/Ta 等多种磁性材料的拓扑磁畴结构，揭示了磁各向异性决定拓扑磁畴结构生成、构型、密度的物理机制；首次发现了源于畴壁本征限域效应的磁畴壁（反）麦纫等拓扑磁性新物态，开辟了拓扑磁性物态研究的新方向。
  3. 国际上首次提出拓扑霍尔效应有效调控的方法，实现了拓扑磁斯格明子的可控电流驱动，同时具有室温、零磁场、低电流密度、直线运动的特性，解决了斯格明子霍尔效应偏转的瓶颈问题，为原理性器件开发奠定了物理和实验基础。
  4. 发展了原位电子衍射研究电荷有序相变、确认电子型铁电体的方法，首次在实验上确定了三维电荷有序基态，提出了铁电极化产生的新物理机制。

代表性论文及专利

第一作者/通讯作者文章 40 余篇，专利 4 项。代表性论文按研究方向列出如下：

1. 多物理场协同调控获得零场高密度非易失性斯格明子

  1. J. Y. Zhang#, Y. Zhang#, et al., Magnetic Skyrmions in a Hall Balance with Interfacial Canted Magnetizations, Advanced Materials 32, 1907452 (2020).
  2. L. C. Peng, Y. Zhang*, et al., Relaxation Dynamics of Zero-Field Skyrmions over a Wide Temperature Range, Nano Letters 18, 7777 (2018).
  3. L. C. Peng, Y. Zhang*, et al., Real-space observation of nonvolatile zero-field biskyrmion lattice generation in MnNiGa magnet, Nano Letters 17, 7075 (2017).
  4. L. C. Peng, Y. Zhang*, et al., Generation of high-density biskyrmions by electric current, npj Quantum Materials 2, 30 (2017).
  5. S. L. Zuo, M. Zhang, R. Li, Y. Zhang*, et al., In situ observation of magnetic vortex manipulation by external fields in amorphous CeFeB ribbon, Acta Materialia 140, 465 (2017).
  6. M. He, et al., Realization of zero-field skyrmions with high-density via electromagnetic manipulation in Pt/Co/Ta multilayers, Applied Physics Letters 111, 202403 (2017). 封面文章。

2. 磁各向异性决定拓扑磁畴结构生成机制与磁畴壁拓扑磁性新物态

  1. Z. L. Li, et al., Y. Zhang*, J. W. Cai, B. G. Shen, Field-free topological behavior in the magnetic domain wall of ferrimagnetic GdFeCo, Nature Communications 12, 5604 (2021).
  2. Y. Gao, et al., Y. Zhang*, B. G. Shen, Spontaneous (Anti)meron Chains in the Domain Walls of van der Waals Ferromagnetic Fe5-xGeTe2, Advanced Materials 32, 2005228 (2020).
  3. M. He, G. Li, Z. Z. Zhu, Y. Zhang*, et al., Evolution of topological skyrmions across the spin reorientation transition in Pt/Co/Ta multilayers, Physical Review B 97, 174419 (2018).
  4. S. L. Zuo, F. X. Liang, Y. Zhang*, et al., Zero-field skyrmions generated via premartensitic transition in Ni50Mn35.2In14.8 alloy, Physical Review Materials 2, 104408 (2018).
  5. S. L. Zuo, Y. Zhang*, et al., Direct observation of the topological spin configurations mediated by the substitution of rare-earth element Y in MnNiGa alloy, Nanoscale 10, 2260 (2018).
  6. W. H. Wang, Y. Zhang*, et al., A Centrosymmetric Hexagonal Magnet with Superstable Biskyrmion Magnetic Nanodomains in a Wide Temperature Range of 100–340 K, Advanced Materials 28, 6887 (2016).
  7. Z. L. Li, et al., Y. Zhang*, B. G. Shen, Discovery of topological magnetic textures near room temperature in quantum magnet TbMn6Sn6, Advanced Materials 35, 2211164 (2023).
  8. J. W. Xu, Y. Zhang*, B. G. Shen, Significant Zero Thermal Expansion Via Enhanced Magnetoelastic Coupling in Kagome Magnets, Advanced Materials 35, 2208635 (2023).
  9. S. L. Zuo, K. M. Qiao, Y. Zhang*, et al., Spontaneous Topological States and Their Mutual Transformations in a Rare-Earth Ferrimagnet, Advanced Science 10, 2205574 (2023).
  10. S. L. Zuo, J. Liu, K. M. Qiao, Y. Zhang*, et al., Spontaneous Biskyrmion Lattice in a Centrosymmetric Rhombohedral Rare-Earth Magnet with Easy-Plane Anisotropy, Nano Letters 23, 550 (2023).
  11. S. L. Zuo, J. Liu, K. M. Qiao, Y. Zhang*, et al., Spontaneous Topological Magnetic Transitions in NdCo5 Rare-Earth Magnets, Advanced Materials 33, 2103751 (2021).

3. 电流驱动（反）斯格明子直线运动

  1. Zhidong He, Zhuolin Li, Zhaohui Chen, Zhan Wang, Jun Shen, Shouguo Wang, Cheng Song, Tongyun Zhao, Jianwang Cai, Shi-Zeng Lin, Ying Zhang, Baogen Shen, Experimental observation of current-driven antiskyrmion sliding in stripe domains, Nature Materials 23, 1048 (2024). 文章链接
  2. Zhuolin Li, Qiangwei Yin, Wenxin Lv, Jun Shen, Shouguo Wang, Tongyun Zhao, Jianwang Cai, Hechang Lei, Shi-Zeng Lin, Ying Zhang, Baogen Shen, Electron-Assisted Generation and Straight Movement of Skyrmion Bubble in Kagome TbMn6Sn6, Advanced Materials 36, 2309538 (2024). DOI

4. 三维电荷有序基态与电子型铁电体

  1. Ying Zhang, H. X. Yang, C. Ma, H. F. Tian, and J. Q. Li, Charge-stripe order in the electronic ferroelectric LuFe2O4, Physical Review Letters 98, 247602 (2007).
  2. Ying Zhang, H. X. Yang, Y. Q. Guo, C. Ma, H. F. Tian, J. L. Luo, and J. Q. Li, Structure, charge ordering and physical properties of LuFe2O4, Physical Review B 76, 184105 (2007).

目前的研究课题及展望

利用透射电子显微技术，发挥其在空间、能量和磁畴方面的高分辨率优势，并结合可原位施加电场、磁场、温度场等功能，专注于磁性功能材料的磁性相变、显微结构以及原位多场调控等方面的研究；重点探索与未来磁性存储密切相关的拓扑磁畴结构生成与调控、新型拓扑磁畴结构以及新磁性材料。

培养研究生情况

培养的博士生和博士后曾赴日本 Tokura 组从事博士后研究，或在国内高校任职。拟每年招收两名博士生、一名博士后。

联系方式

邮箱：zhangy@iphy.ac.cn

电话：010-82649868