斯格明子是涡旋状局域磁结构,具有小尺寸和易于电操控等特点。近年来,斯格明子被认为是具有潜力的信息载体,被提出用来构建多种磁信息功能器件,得到了科学家们的广泛关注。斯格明子的稳定的物理机制主要包括非中心对称手性磁体中的Dzyaloshinskii-Moriya相互作用与中心对称单轴铁磁体中的垂直磁各向异性。传统的中心对称单轴铁磁体中存在拓扑非平庸的一类磁泡和拓扑平庸的二类磁泡,其中第一类磁泡的拓扑性与手性磁斯格明子相同,因此也被称为斯格明子。中心对称磁体中的非手性斯格明子和磁泡具有可调控尺寸（～40 nm到亚毫米）和室温稳定性的特点。结合当下的电学操控方法,有望发展出独特的磁泡基自旋电子学器件。为此,本论文以存在室温斯格明子磁泡的kagome晶格磁性材料Fe3Sn2为研究对象,结合微磁学数值计算模拟方法,系统开展了中心对称单轴铁磁受限体系中斯格明子和磁泡的稳定性、拓扑磁转变和电操控动力学的研究。其中,磁受限结构是利用聚焦离子束-电子束双束系统制备,磁畴结构是利用洛伦兹透射电子显微镜来观测,主要内容有:1.Kagome晶格磁性材料Fe3Sn2具有～650 K的居里温度,低温下为易面磁晶各向异性,在～100 K附近会发生温度诱导的自旋重取向,在室温下具有垂直磁晶各向异性,但室温的品质因子小于1。基于该材料的温度诱导自旋重取向的特点,本工作实现了磁盘中零磁场下温度诱导的磁涡旋与靶态磁泡间的磁转变,且进一步分析了面外磁场调控的磁涡旋中心极化反转过程,观测到了一种特殊的斯格明子样磁结构;基于该材料的室温弱品质因子的特点,通过结合透射电镜差分相位分析磁表征技术和三维微磁学计算模拟,揭示了 Fe3Sn2中的复杂多环和弧形磁涡旋结构的物理起源,并将其归因于偶极相互作用诱导的斯格明子和磁泡的三维特性。2.具有中心对称结构的单轴铁磁体Fe3Sn2中存在斯格明子和磁泡两类完全不同的局域磁结构,具有完全不同的拓扑荷,因此天然的可以被当作存储器中二进制数据比特的“1”和“0”。因此,斯格明子-磁泡存储器的概念设计被提出,其中的数据流可以用单斯格明子-磁泡链来表示。通过进一步制备Fe3Sn2受限纳米条带,在实验中观察到了稳定的单斯格明子-磁泡链,证实了斯格明子-磁泡存储器的可行性。在斯格明子基赛道存储器中,由于斯格明子间的相互作用和易于移动的特点,为了抑制斯格明子在铁磁磁化背景下的无序运动,需要在每个比特位构建缺陷等。而在斯格明子-磁泡存储器中,两种局域磁结构间的相互作用能够抑制无序运动,从而无需额外构建缺陷,降低了器件的成本。3.研究了 Fe3Sn2磁圆盘中斯格明子与磁泡的稳定性。由于斯格明子与磁泡不同的稳定机制,斯格明子和磁泡在磁盘中最多数目与磁盘的直径分别呈现线性和平方正比关系,在～540-nm大的磁圆盘中,斯格明子与磁泡的最多个数均为1。通过调控面内倾斜磁场实现了单斯格明子-磁泡之间可控的拓扑磁转变。4.利用微磁学计算模拟方法,研究了电流驱动非手性斯格明子品质因子相关的动力学行为。模拟结果表明对于弱品质因子单轴铁磁体,由于偶极相互作用,其中的斯格明子总是倾向于位于纳米条带的中央位置,施加自旋极化电流后,斯格明子能够偏离中心位置,但撤掉电流后,斯格明子总是回到中心位置,可以用于模拟神经网络器件的“带泄漏积分触发”行为。而在高品质因子单轴铁磁体中,斯格明子能够有效被电流驱动,适用于斯格明子赛道存储器的构建。