磁性斯格明子(skyrmion)是一种受拓扑保护，具有准粒子特性的涡旋磁结构。由于其尺寸小，稳定性高和操纵容易等优点，斯格明子在未来高密度，低能耗，非易失存储和逻辑计算方面具有丰富的应用前景。与磁畴壁利用相反的自旋方向表示二进制比特0和1不同的是，磁斯格明子的中心磁矩不可能被翻转而不造成周围磁矩方向的改变。拓扑保护性因此也是一把双刃剑。目前，一个折衷的方法是利用斯格明子的有和无来表示数据信息。而这要求所有斯格明子精确地同步运动，因为任何斯格明子之间的相对运动或者钉扎效应都可能会造成信息和逻辑的错误。在本文中，我们预言了一种新的斯格明子态，它存在于通过反铁磁耦合，反平行排列的两个磁畴的边界上。我们把这种新的结构命名为扭转斯格明子(twisted skyrmion)。通过这种新奇的扭转态，我们实现了电流驱动下不同极性斯格明子之间的自由转换。我们提出并设计了双轨斯格明子赛道存储器和逻辑门。进一步地，我们理论研究了斯格明子极性翻转的动力学过程。利用镜象法，我们得到了磁畴边界对斯格明子排斥力的解析表达式。同时，我们发现穿过边界的扭转斯格明子会受到边界的吸引。我们的结果为解决斯格明子数据表示的难题提供了新的思路。我们提出的镜像斯格明子方法能解决一大类斯格明子与边界相互作用的问题。

该工作得到了国家自然科学基金，科技部国家重点研发计划，以及中国博士后科学基金的资助。

论文链接：PhysRevB.98.014433