王守国教授：《拓扑磁性材料与器件原理》

本书围绕拓扑磁性材料与器件原理展开介绍，从拓扑磁学的起源、拓扑磁性材料的分类及其发展历程出发，深入阐释拓扑磁学及器件，重点介绍拓扑磁结构表征以及器件工作原理等内容，期望对读者理解和掌握拓扑磁学和拓扑磁性材料的基础理论、解决关键科学问题，以及从事相关领域的研究有所帮助。

本书主要面向拓扑磁性材料领域的青年学者、材料物理专业的研究生及高年级本科生等。本书可以作为材料物理专业的参考书，亦可作为研究生相关专业的教学用书。

拓扑磁性材料与器件原理 / 王守国等著

北京 : 科学出版社, 2025. 3

ISBN 978-7-03-081422-7

本书序

本书前言

拓扑磁学 (topological magnetism) 与拓扑磁性材料 (topological magnetic materials) 是近年来逐渐兴起的新兴学科，已成为磁学与磁性材料领域最重要的方向。拓扑磁学与拓扑磁性材料的概念最早是由中国科学家于 2011 年提出的，经过十几年的发展，中国科学家在拓扑磁学与拓扑磁性材料领域的研究正蒸蒸日上，已经具备了从理论计算、材料制备、拓扑磁结构表征、物性测量与分析，到原理型器件研制的完整链条，因此亟须一本介绍拓扑磁学基本概念、实验手段、计算方法、物性表征以及应用进展等内容的参考书。

本书共 12 章。第 1 章 “绪论”，介绍拓扑磁学和拓扑磁性材料的起源和发展历程，阐述了拓扑磁性材料的一般性分类，重点介绍斯格明子。

第 2 章和第 3 章分别介绍由 DM 相互作用所产生的体拓扑磁性材料和薄膜材料，重点阐述拓扑磁结构与手性、磁性薄膜、异质结、多层膜等。

第 4 章 “二维拓扑磁性材料”，介绍二维磁性材料中的拓扑磁结构，重点阐述其中的新现象和新物理。

第 5 章 “非 DM 相互作用的拓扑磁结构”，介绍人工拓扑磁结构和阻挫等，重点阐述人工二维斯格明子晶体的理论构建和实验工作。

第 6 章 “拓扑磁结构表征”，介绍多种磁结构表征手段和技术，重点阐述洛伦兹透射电镜、光发射电子显微镜、自旋极化低能电子显微镜和中子散射技术等。

第 7 章 “拓扑磁结构的调控”，介绍拓扑磁结构的多场调控，重点阐述斯格明子、磁浮子和磁束子的产生、运动及湮灭。

第 8 章 “拓扑磁性材料中的输运性质”，介绍与拓扑磁结构相关的输运现象，重点阐述拓扑霍尔效应与拓扑自旋霍尔效应。

第 9 章 “拓扑磁学计算与模拟”，介绍微磁学模拟和第一性原理计算，重点阐述相关理论和多种相互作用对拓扑磁结构的影响。

第 10 章 “器件设计与工作原理”，介绍基于拓扑磁性材料的器件工作原理，重点阐述赛道存储器、逻辑器件、微波器件和非传统计算器件。

第 11 章 “磁性拓扑体系中的拓扑电子与磁结构”，介绍磁性拓扑物态和材料，重点阐述磁性外尔费米子和磁性拓扑半金属。

第 12 章 “总结与展望”，介绍拓扑磁学与拓扑磁性材料未来的发展趋势，重点阐述三维拓扑磁结构的产生、观测与应用。

本书的编写得到了中国科学院物理研究所沈保根院士、中国科学技术大学张裕恒院士的大力支持，沈保根院士为本书撰写了序；也得到了安徽大学材料科学与工程学院、物质科学与信息技术研究院、物理与光电工程学院老师们的大力支持，他们就编写的思路、框架结构、各章节内容等方面提出了宝贵意见，在此对他们表示衷心的感谢。

王守国      

2025 年 1 月于合肥

（选自本书前言，内容有删改）

作者介绍

王守国  安徽大学教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，国家重点研发计划首席科学家。

主要从事新型磁性功能材料的研究，包括拓扑磁性材料（如磁性斯格明子）、高分辨磁成像技术（光发射电子显微镜-PEEM）、磁性隧道结与霍尔天平结构、磁热效应与磁制冷材料、磁性纳米/二维材料等。

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拓扑磁性材料与器件原理 / 王守国等著.

北京 : 科学出版社, 2025. 3.

ISBN 978-7-03-081422-7

（本文编辑：刘四旦）