CN111799369B - 拓扑磁结构及其制备方法、拓扑磁结构调控方法及存储器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种拓扑磁结构材料，包括层叠设置的铁电衬底、缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，多层膜结构包括重金属层、磁性层和非磁性层，磁性层设于重金属层与非磁性层之间，重金属层与非磁性层的材料不同，拓扑磁结构材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，并且拓扑磁结构材料存在界面Dzyaloshinskii‑Moriya相互作用。本发明还提供一种拓扑磁结构，为拓扑磁结构材料自具有磁性斯格明子结构的多层膜结构沿层叠方向向下进行点阵刻蚀得到的纳米点阵列，拓扑磁结构能够通过电场的变化在斯格明子、条带畴和涡旋畴这三种拓扑态之间转变。本发明还提供一种包括拓扑磁结构的存储器。本发明还提供一种拓扑磁结构的制备方法及调控方法。
Description
技术领域
本发明涉及拓扑结构技术领域，特别是涉及一种拓扑磁结构及其制备方法、拓扑磁结构调控方法及存储器。
背景技术
随着信息时代的高速发展，数据量的爆炸式增长对信息存储介质也提出了更高的要求。当前传统的磁性存储介质随着材料尺寸的缩小，因量子效应所产生的尺寸极限及其所导致的热效应使得传统信息存储材料的发展遇到了瓶颈。自旋电子技术引入了电子自旋这一全新的自由度，自旋电子器件具有静态功耗低、可无限次高速读写、非易失性存储等优点，被认为是突破当前瓶颈的关键技术，有望大幅度降低器件功耗，突破热效应枷锁。拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)是一种具有拓扑保护的类粒子自旋结构，其相关的自旋电子学应用具有广阔发展前景，有望成为下一代新型信息存储载体，在物理和材料领域得到了广泛关注。由于拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)的特殊的拓扑性质，基于拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)的器件具有结构稳定、小尺寸、低电流驱动阈值等诸多优点。
磁场的电场控制是高效和低功率自旋电子设备的先决条件。在实际开发器件应用当中，调控拓扑磁结构仍有诸多问题需要解决，例如霍尔效应导致的位移偏移；拓扑磁结构的写入和擦除等。因此，拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)需要一种有效可行的调控方法。
现阶段，通常产生和擦除这些拓扑磁结构(磁性斯格明子，涡旋畴等)的方法是利用自旋极化电流的自旋轨道转矩或自旋传输转矩效应，但其较高的电流密度带来了高能耗的问题，同时，随着器件的小型化，日益严重的电流热效应成为了制约其发展的主要问题。
发明内容
基于此，有必要针对传统拓扑磁结构调控的问题，提供一种拓扑磁结构及其制备方法、拓扑磁结构调控方法及存储器。
一种拓扑磁结构材料，包括层叠设置的铁电衬底、缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，所述缓冲层设于所述铁电衬底与所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构之间，所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构包括重金属层、磁性层和非磁性层，所述磁性层设于所述重金属层与所述非磁性层之间，所述重金属层与所述非磁性层的材料不同，所述拓扑磁结构材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，并且所述拓扑磁结构材料存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。
在其中一个实施例中，所述重金属层的材料选自Pt或Ir中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述磁性层可以为单层或者相邻的多层。
在其中一个实施例中，所述磁性层为单层，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述磁性层为相邻的多层，每一层磁性层的材料为单一元素，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种。
在其中一个实施例中，所述非磁性层的材料选自Ta、Ir、IrMn、MgO及TaO中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，所述铁电衬底具有电致伸缩特性，选自PMN-PT、PZN-PT、PIN-PMN-PT的弛豫铁电材料中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，所述缓冲层的材料选自Ta、Pt和Ru中的任意一种或多种。
在其中一个实施例中，单层所述重金属层的厚度为1nm～5nm。
在其中一个实施例中，单层所述磁性层的厚度为0.5nm～1.5nm。
在其中一个实施例中，单层所述非磁性层的厚度为1nm～5nm。
在其中一个实施例中，所述铁电衬底的厚度为大于100微米。
在其中一个实施例中，所述缓冲层的厚度为5nm～100nm。
一种拓扑磁结构，为所述的拓扑磁结构材料自所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构沿层叠方向向下进行点阵刻蚀得到的纳米点阵列，刻蚀至所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构与所述缓冲层的界面，所述拓扑磁结构能够通过电场的变化在斯格明子、条带畴和涡旋畴这三种拓扑态之间转变。
在其中一个实施例中，所述纳米点阵列的纳米线直径为200nm～500nm。
在其中一个实施例中，所述纳米点阵列中相邻的纳米线之间的距离为大于200nm。
一种所述的拓扑磁结构的制备方法，包括以下步骤：
在铁电衬底上依次沉积缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，得到拓扑磁结构材料；
沿层叠方向，自所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构向下进行点阵刻蚀至所述多层膜结构与所述缓冲层的界面，刻蚀掉局部的所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，得到纳米点阵列。
在其中一个实施例中，刻蚀的步骤包括：
在具有磁性斯格明子结构的多层膜结构的表面上铺设具有确定直径的单层密堆排列聚苯乙烯球模板；
对铺设聚苯乙烯球模板的拓扑磁结构进行氧等离子刻蚀，使得聚苯乙烯球的尺寸缩小；
将进行氧等离子刻蚀后的拓扑磁结构进行氩等离子刻蚀，使得拓扑磁结构未被聚苯乙烯球覆盖的表面被刻蚀，刻蚀至所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构与所述缓冲层的界面；
刻蚀后去除聚苯乙烯球模板。
一种存储器，包括所述的拓扑磁结构。
一种所述的拓扑磁结构的调控方法，包括以下步骤：
对所述拓扑磁结构施加电场，使得拓扑磁结构的拓扑态发生变化，所述拓扑态变化为斯格明子、条带畴或涡旋畴。
在其中一个实施例中，对所述拓扑磁结构施加周期性变化的电场，使得所述拓扑磁结构的拓扑态在斯格明子、条带畴或涡旋畴之间进行周期性变化。
本发明是将具有磁性斯格明子结构的多层膜材料生长于铁电材衬底上，在铁电衬底上施加电场后，铁电材料由于电致伸缩效应产生应变，进而影响拓扑磁结构的各向异性和界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，使施加电场区域上的拓扑磁结构变得不稳定，从而发生拓扑磁结构的变化，通过施加特定的电压脉冲，由于其本身的磁滞回现象，几何受限和铁电衬底的残余应力，可使其发生斯格明子、条带、涡旋之间的相互转换。传统的拓扑磁结构只能够在两种拓扑态之间转变，本发明的拓扑磁结构首次实现了三种拓扑态的转变，相对于两种拓扑态之间转变，使用电场调控本发明的拓扑磁结构其在三种拓扑磁结构之间的转换，可以成倍的提高器件的存储密度，大大降低能耗和产生的焦耳热。
附图说明
图1为本申请一实施例的拓扑磁结构材料的结构示意图；
图2为本申请另一实施例的拓扑磁结构材料的结构示意图；
图3为不同磁结构示意图；
图4为本申请一实施例的拓扑磁结构示意图；
图5为本申请一实施例的利用电场调控纳米点中拓扑磁结构的方法示意图；
图6为本申请一实施例的聚苯乙烯球辅助离子刻蚀制备纳米点阵列示意图；
图7为本申请一实施例的基于拓扑磁结构的存储器结构示意图；
图8为本申请实施例1的电场与磁结构的关系图；
图9为本申请实施例1的利用电场脉冲非易失性调控拓扑磁结构的方法示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种拓扑磁结构材料，包括层叠设置的铁电衬底、缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，所述缓冲层设于所述铁电衬底与所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构之间，所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构包括重金属层、磁性层和非磁性层，所述磁性层设于所述重金属层与所述非磁性层之间，所述重金属层与所述非磁性层的材料不同，所述拓扑磁结构材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，并且所述拓扑磁结构材料存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。
本发明提供了一种能够利用电场调控拓扑磁结构拓扑状态的技术方案。通过在铁电材料衬底上沉积具有磁性斯格明子的多层膜，具有磁性斯格明子的多层膜具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，同时，此多层膜结构由于界面对称破缺从而存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。在铁电衬底上施加电场后，铁电衬底材料由于电致伸缩效应产生应变，进而影响磁性材料的各向异性和界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用，使施加电场区域上的拓扑磁结构变得不稳定，从而发生拓扑磁结构的变化，通过施加特定的电压脉冲，由于其本身的磁滞回现象，几何受限和铁电衬底的残余应力，可使其发生斯格明子、条带、涡旋之间的相互转换。斯格明子为“0”，条带为“1”，涡旋为“2”，可应用于多态存储。本发明的拓扑磁结构具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，并且存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的双重特性，因而能够实现在斯格明子、条带畴和涡旋畴这三种拓扑态之间的转变。传统的拓扑磁结构只能够在两种拓扑态之间转变，本发明的拓扑磁结构首次实现了三种拓扑态的转变，相对于两种拓扑态之间转变，使用电场调控本发明的拓扑磁结构其在三种拓扑磁结构之间的转换，可以成倍的提高器件的存储密度，大大降低能耗和产生的焦耳热。
铁电衬底具有电致伸缩特性，即能够根据电场变化发生弹性形变。铁电衬底发生弹性形变，从而能够影响与该拓扑磁结构的磁拓扑状态的稳定性。在一些实施例中，所述选自铌镁酸铅(PMN-PT)、PZN-PT或PIN-PMN-PT的弛豫铁电材料中的任意一种或多种。
缓冲层具有两个主要作用，一是作为上电极，二是提高磁性多层膜生长质量。在一些实施例中，所述缓冲层的材料可选自Ta、Pt和Ru中的任意一种或多种。
进一步的，通过调控重金属层、磁性层、非磁性层的各层材料种类的调控，各层的材料相互配合，使得产生更大的界面对称破缺从而存在更大的界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。
在一些实施例中，所述重金属层的材料可选自Pt及Ir中的任意一种。
在一些实施例中，所述磁性层的材料可选自Co、Ni及Fe中的任意一种或多种。
在一些实施例中，所述磁性层可以为单层或者相邻的多层。所述磁性层为单层时，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种；所述磁性层为相邻的多层时，每一层磁性层的材料为单一元素，不同层的材料可以相同或不同，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种。
在一些实施例中，所述非磁性层的材料选自Ta、Ir、IrMn、MgO及TaO中的任意一种或多种。重金属层与非磁性层的材料选择不同，因而能够使得具有磁性斯格明子结构的多层膜存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用的效应。优选的，非磁性层为单层。
进一步的，通过调控重金属层、磁性层、非磁性层的厚度，使拓扑磁结构介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性的状态更稳定。
在一些实施例中，单层所述重金属层的厚度可以为1nm～5nm。具体可以为1nm～2nm、2nm～3nm、3nm～4nm或4nm～5nm。
在一些实施例中，单层所述磁性层的厚度可以为0.5nm～1.5nm。具体可以为0.5nm～1nm或1nm～1.5nm。
在一些实施例中，单层所述非磁性层的厚度可以为1nm～5nm。具体可以为1nm～2nm、2nm～3nm、3nm～4nm或4nm～5nm。
在一些实施例中，所述铁电衬底的厚度为大于100微米。例如可以为100nm～200nm、200nm～300nm、300nm～400nm等。
在一些实施例中，所述缓冲层的厚度为5nm～100nm。具体可以为5nm～20nm、20nm～40nm、40nm～60nm、60nm～80nm或80nm～100nm。
磁性层设在重金属层和非磁性层之间，重金属层和非磁性层的位置可以互换。在一些实施例中，铁电衬底、缓冲层、重金属层、磁性层和非磁性层依次叠加设置。在另一些实施例中，电衬底、缓冲层、非磁性层、磁性层和重金属层依次叠加设置的。
请参阅图3、图4和图5，本发明实施例还提供一种拓扑磁结构，为上述任一实施例的拓扑磁结构材料进行点阵刻蚀得到的纳米点阵列。刻蚀方式为自所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构沿层叠方向向下刻蚀至所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构与所述缓冲层的界面，将具有磁性斯格明子结构的多层膜结构进行局部刻蚀，得到具有纳米线的纳米点阵列。
该拓扑磁结构能够通过电场的变化在斯格明子、条带畴和涡旋畴这三种拓扑态之间转变。
在一些实施例中，所述纳米点阵列的纳米线直径可以为200nm～500nm。具体可以为200nm～300nm、300nm～400nm或400nm～500nm。
在一些实施例中，所述纳米点阵列中相邻的纳米线之间的距离为大于200nm。例如可以为200nm～300nm、300nm～404nm、400nm～500nm、500nm～1微米或大于1微米等。
本发明实施例还提供一种上述任一实施例的拓扑磁结构的制备方法，包括以下步骤：
S100，在铁电衬底上依次沉积缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，得到拓扑磁结构材料；
S200，沿层叠方向，自所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构向下进行点阵刻蚀至所述多层膜结构与所述缓冲层的界面，刻蚀掉局部的所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，得到纳米点阵列。
在一些实施例中，在铁电衬底上依次沉积缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构的方法可以为磁控溅射。
请参阅图6，在一些实施例中，刻蚀的方法可以为光刻或者聚苯乙烯球辅助离子刻蚀等微纳加工方法。
在一实施例中，刻蚀的步骤包括：
S120，在具有磁性斯格明子结构的多层膜结构的表面上铺设具有确定直径的单层密堆排列聚苯乙烯球模板；
S140，对铺设聚苯乙烯球模板的拓扑磁结构进行氧等离子刻蚀，使得聚苯乙烯球的尺寸缩小；
S160，将进行氧等离子刻蚀后的拓扑磁结构进行氩等离子刻蚀，使得拓扑磁结构未被聚苯乙烯球覆盖的表面被刻蚀，刻蚀至所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构与所述缓冲层的界面；
S180，刻蚀后去除聚苯乙烯球模板。
步骤S120中，可通过水溶液法在具有磁性斯格明子结构的多层膜结构的表面上铺展一层确定直径的单层密堆排列聚苯乙烯(PS)球模板，干燥后即可得到接触牢固的模板样品。
步骤S140中，将转移PS模板后的样品放置于等离子体中在氧氛围下以固定功率条件工作一定时间，使PS球的直径缩小到目标直径，由此得到彼此分离的PS球模板。
步骤S160中，采用氩等离子刻蚀PS球的间隙，即刻蚀具有磁性斯格明子结构的多层膜结构未被聚苯乙烯球覆盖的部分，刻蚀至多层膜结构与所述缓冲层的界面停止刻蚀。刻蚀时间由刻蚀深度和材料的耐刻蚀程度决定。
步骤S180中，可通过溶剂结合超声波清洗去除刻蚀后的结构上的PS球，得到排列有序的纳米点阵列。在一些实施例中，溶剂可选自异丙醇、无水乙醇和去离子水中的任意一种或多种。
请参阅图7，本发明实施例还提供一种存储器，包括上述任一实施例的拓扑磁结构。该存储器可作为静态磁性随机存储器。
本发明实施例还提供一种上述任一实施例的拓扑磁结构的调控方法，包括以下步骤：对所述拓扑磁结构施加电场，使得拓扑磁结构的拓扑态发生变化，所述拓扑态变化为斯格明子、条带畴或涡旋畴。
在一些实施例中，通过对所述拓扑磁结构施加周期性变化的电场，使得所述拓扑磁结构的拓扑态在斯格明子、条带畴或涡旋畴之间进行周期性变化。
在一些实施例中，施加-10kV/cm～-10kV/cm的电压脉冲使得该拓扑磁结构的拓扑态在条带畴、斯格明子和涡旋畴之间转变。
以下为具体实施例。
实施例1
(1)磁控溅射在铁电衬底上沉积具有磁性斯格明子结构的多层膜结构：
铁电衬底选用PMN-PT的弛豫铁电材料，利用磁控溅射在铁电衬底上首先沉积缓冲层，缓冲层选自Ta。随后沉积具有磁性斯格明子结构的多层膜结构。选择相应的重金属层、磁性层、非磁性层材料，重金属层选自Pt，磁性层为多层，磁性层选自Co，非磁性层选自Ta，使其由于界面对称破缺从而存在大的界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。再通过调控重金属层、磁性层、非磁性层的厚度，使磁性材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性。重金属层、磁性层、非磁性层的厚度分别为2nm、2.3nm和1.9nm。
(2)利用聚苯乙烯小球辅助离子刻蚀微纳加工方法制备几何受限的纳米点：
利用微纳加工技术在具有磁性斯格明子结构的多层膜结构中引入几何受限，用水溶液法在多层膜结构上铺展一层确定直径的单层密堆排列聚苯乙烯(PS)球模板，干燥后即可得到接触牢固的模板样品。将转移PS模板后的样品放置于PLASMA里在氧氛围下以固定功率条件工作一定时间，使PS球的直径缩小到目标直径，由此我们得到彼此分离的PS球模板。随后在分立PS模板的保护下对样品进行氩离子束刻蚀。此时，刻蚀时间由刻蚀深度和材料的耐刻蚀程度决定。最后利用异丙醇、无水乙醇、去离子水等溶液结合超声波清洗器去除PS球模板得到排列有序的纳米点阵列(拓扑磁结构)。
(3)磁力显微镜表征：
磁力显微镜是利用镀有磁性镀层的探针对拓扑磁结构样品表面实行扫描，获得磁针在样品上方漏磁场下作用力的仪器设备。测试时，其对样品扫描两次，第一次用轻巧模式扫描得到样品的表面形貌；然后把磁针抬起一定高度(10～200nm)，按其形貌的起伏轨迹保持一定高度进行二次扫描，此实磁性探针音收到长程磁力的作用导致振幅和相位信号发生变化。通过信号的变化就可以得到表面磁畴信息。
电场调控拓扑磁结构的结果如图8和图9所示。
实施例2
(1)磁控溅射在铁电衬底上沉积具有磁性斯格明子结构的多层膜结构：
铁电衬底选用PIN-PMN-PT的弛豫铁电材料，利用磁控溅射在铁电衬底上首先沉积缓冲层，缓冲层选自Pt。随后沉积具有磁性斯格明子结构的多层膜结构。选择相应的重金属层、磁性层、非磁性层材料，重金属层选自Ir，磁性层选自Fe，非磁性层选自TaO，使其由于界面对称破缺从而存在大的界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用。再通过调控重金属层、磁性层、非磁性层的厚度，使磁性材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性。重金属层、磁性层、非磁性层的厚度分别为3nm、1.5nm和2.5nm。
(2)利用聚苯乙烯小球辅助离子刻蚀微纳加工方法制备几何受限的纳米点：
利用微纳加工技术在具有磁性斯格明子结构的多层膜结构中引入几何受限，用水溶液法在多层膜结构上铺展一层确定直径的单层密堆排列聚苯乙烯(PS)球模板，干燥后即可得到接触牢固的模板样品。将转移PS模板后的样品放置于PLASMA里在氧氛围下以固定功率条件工作一定时间，使PS球的直径缩小到目标直径，由此我们得到彼此分离的PS球模板。随后在分立PS模板的保护下对样品进行氩离子束刻蚀。此时，刻蚀时间由刻蚀深度和材料的耐刻蚀程度决定。最后利用异丙醇、无水乙醇、去离子水等溶液结合超声波清洗器去除PS球模板得到排列有序的纳米点阵列(拓扑磁结构)。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种拓扑磁结构材料，其特征在于，包括层叠设置的铁电衬底、缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，所述缓冲层设于所述铁电衬底与所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构之间，所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构包括重金属层、磁性层和非磁性层，所述磁性层设于所述重金属层与所述非磁性层之间，所述重金属层与所述非磁性层的材料不同，所述拓扑磁结构材料具有介于垂直各向异性与水平各向异性之间的临界各向异性，并且所述拓扑磁结构材料存在界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用；
所述铁电衬底具有电致伸缩特性，选自PMN-PT、PZN-PT、PIN-PMN-PT的弛豫铁电材料中的任意一种或多种；
所述重金属层的厚度为2nm～3nm；
所述非磁性层的厚度为1.9nm～3nm；
所述拓扑磁结构材料能够通过电场的变化在斯格明子、条带畴和涡旋畴三种拓扑态之间转变。
2.根据权利要求1所述的拓扑磁结构材料，其特征在于，所述重金属层的材料选自Pt或Ir中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的拓扑磁结构材料，其特征在于，所述磁性层为单层，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种；或，所述磁性层为相邻的多层，每一层磁性层的材料为单一元素，所述磁性层的材料选自Co、Ni及Fe中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的拓扑磁结构材料，其特征在于，所述非磁性层的材料选自Ta、Ir、IrMn、MgO及TaO中的任意一种或多种。
5.根据权利要求1所述的拓扑磁结构材料，其特征在于，所述缓冲层的材料选自Ta、Pt和Ru中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的拓扑磁结构材料，其特征在于，单层所述磁性层的厚度为0.5nm～1.5nm。
7.根据权利要求6所述的拓扑磁结构材料，其特征在于，所述铁电衬底的厚度为大于100微米；和/或，所述缓冲层的厚度为5nm～100nm。
8.一种拓扑磁结构，其特征在于，为权利要求1-7任一项所述的拓扑磁结构材料自所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构沿层叠方向向下进行点阵刻蚀得到的纳米点阵列，刻蚀至所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构与所述缓冲层的界面，所述拓扑磁结构能够通过电场的变化在斯格明子、条带畴和涡旋畴这三种拓扑态之间转变。
9.根据权利要求8所述的拓扑磁结构，其特征在于，所述纳米点阵列的纳米线直径为200nm～500nm；和/或，所述纳米点阵列中相邻的纳米线之间的距离为大于200nm。
10.一种如权利要求8-9任一项所述的拓扑磁结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在铁电衬底上依次沉积缓冲层和具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，得到拓扑磁结构材料；
沿层叠方向，自所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构向下进行点阵刻蚀至所述多层膜结构与所述缓冲层的界面，刻蚀掉局部的所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构，得到纳米点阵列。
11.根据权利要求10所述的拓扑磁结构的制备方法，其特征在于，刻蚀的步骤包括：
在具有磁性斯格明子结构的多层膜结构的表面上铺设具有确定直径的单层密堆排列聚苯乙烯球模板；
对铺设聚苯乙烯球模板的拓扑磁结构进行氧等离子刻蚀，使得聚苯乙烯球的尺寸缩小；
将进行氧等离子刻蚀后的拓扑磁结构进行氩等离子刻蚀，使得拓扑磁结构未被聚苯乙烯球覆盖的表面被刻蚀，刻蚀至所述具有磁性斯格明子结构的多层膜结构与所述缓冲层的界面；
刻蚀后去除聚苯乙烯球模板。
12.一种存储器，其特征在于，包括如权利要求8-9任一项所述的拓扑磁结构。
13.一种如权利要求8-9任一项所述的拓扑磁结构的调控方法，其特征在于，包括以下步骤：
对所述拓扑磁结构施加电场，使得拓扑磁结构的拓扑态发生变化，所述拓扑态变化为斯格明子、条带畴或涡旋畴。
14.根据权利要求13所述的拓扑磁结构的调控方法，其特征在于，对所述拓扑磁结构施加周期性变化的电场，使得所述拓扑磁结构的拓扑态在斯格明子、条带畴或涡旋畴之间进行周期性变化。
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