在凝聚态物理与自旋电子学前沿领域，具有非共线自旋结构和奇异拓扑织构的磁性材料始终是研究焦点。尤其是弯曲磁性材料，其几何曲率与自旋构型的直接耦合，能够稳定平面系统中难以存在的非共线排列和复杂自旋织构。这不仅为探索新奇物理现象提供了独特视角，更为开发下一代自旋电子学器件搭建了理想平台。

近年来，随着二维范德华（van der Waals）磁体的发现以及过渡金属硫族化合物纳米管合成技术的进步，构建本征磁性纳米管成为可能。这类系统巧妙地融合了曲率可调性与范德华磁体丰富的自旋物理特性，成为研究曲率驱动磁性现象的理想体系，形成曲率磁学（curvature magnetism）研究新方向。

最近，中国科学院理论物理研究所苏刚研究员、中国科学院大学顾波副教授和国家纳米科学中心李嘉文博士等人的联合团队，在VSe₂单壁纳米管研究中取得了重要进展。他们采用密度泛函理论、海森堡模型建模和Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）方程等多重手段，系统研究了VSe₂纳米管的磁性基态，首次发现了直径调控的高阶涡旋态和磁子轨道角动量杂化现象，并提出了一种产生高轨道角动量磁子的全新机制。由于这类高轨道角动量磁子对外界干扰不敏感，因此在信息传输和储存中具有独特优势。相关研究成果近期发表在Physical Review Letters 136, 096703 (2026)。

在二维磁体中，磁各向异性能对于稳定长程磁有序起着关键作用。其交换作用可通过应变、电荷掺杂和界面效应等手段进行有效调控，从而更易于形成拓扑自旋结构。当磁体呈现弯曲形态时，几何曲率会诱导出类似Dzyaloshinskii–Moriya的相互作用，破坏空间反演对称性，进而产生非平庸拓扑结构。相较于平面磁体，纳米管具有周向周期边界条件、确定的几何相位以及缠绕结构，是研究曲率 - 自旋耦合的理想模型系统。

该项研究聚焦于单壁VSe₂纳米管的磁性基态，取得了如下主要进展：

1.在VSe₂纳米管中发现了新型高阶磁性涡旋态，在较宽的直径范围内，发现VSe₂纳米管的基态为一种全新的高阶3φ磁性涡旋态，能够形成八瓣状磁子密度分布图案，如图所示。该新奇物态是准一维体系中发现的新型稳定非共线拓扑有序态。

2.阐明了缠绕数n≥1的nφ涡旋态的形成机制，通过构建包含三种海森堡耦合作用以及轴向和径向磁各向异性的理论模型，发现正是由于短程铁磁交换（J₁）与长程反铁磁交换（J₂、J₃）以及磁各向异性相互作用之间的微妙竞争，共同稳定了不同缠绕数n的磁性涡旋态。所得的相图与密度泛函理论计算结果一致，表明这种多因素竞争机制，可能是一个适用于设计弯曲磁体中复杂自旋织构的普遍原则。传统的磁性涡旋态（n=1）可用连续介质理论来研究，但高阶涡旋态（n≥2）是更复杂的、离散的自旋构型，其形成机制超出了简单连续介质模型描述的范畴。

3.通过LLG动力学计算，发现了不同轨道角动量磁子模的杂化现象，证明高阶涡旋状态（n>1）在存在磁各向异性的情况下，能够提供一个由轨道角动量选择规则（∆l = ±2(n-1)）控制的磁子模杂化机制，这种杂化在普通涡旋（n=1）中是不存在的。这一发现为产生与调控高轨道角动量磁子提供了新颖且实用的途径。研究表明，高阶涡旋状态下的轨道角动量杂化机制，在磁各向异性足够强时，有潜力打开磁子能带的带隙，这对构建磁子电子学器件至关重要。

这项研究通过VSe₂纳米管这一具体实例，不仅深刻揭示了几何形状对微观磁性的决定性影响，更将磁性涡旋态的研究拓展到了新的高阶范畴。它为在材料内部本征地产生和调控高轨道角动量磁子提供了一个可行的新思路，是曲率磁学研究的新进展。由于高轨道角动量磁性涡旋态可以携带更丰富的信息，并具有良好的抗干扰能力，VSe₂纳米管作为一个极具前景的平台，未来有望在探索复杂磁现象和开发下一代磁子学及自旋电子学器件方面发挥重要作用。

该研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委和中国科学院的支持。