拓扑磁性结构由于其热稳定性高、尺寸小、状态特征多样化等优点,有望作为高密度非易失性磁存储器、信息处理器、传感器等新型磁电功能器件的基本单元,从而解决当前磁性器件的性能瓶颈。对拓扑磁孤子的磁电特性和电场可控性的探索研究,不仅可以使我们对磁性结构的拓扑相变有更深入的理解,而且还可以为下一代自旋电子器件的发展提供新的开发思路。得益于拓扑磁性结构中磁序的非共线分布及其衍生的磁电相互作用,基于inverseDzyaloshinskii–Moriya机制,通过外加电场和太赫兹脉冲,我们实现了拓扑磁性孤子（磁性Skyrmion、磁性涡旋）的超快、稳定以及可重复性电学控制,为磁性孤子的应用提供了重要的理论支持。具体内容如下:1)多铁性Skyrmion的电场调控。铁磁/铁电界面空间反射对称性的破缺,为电场控制Rashba自旋轨道耦合效应和Dzyaloshinskii–Moriya相互作用打开了物理通道,也为室温下多铁Skyrmion动力学的电场操控提供了实现途径。本文中我们首先分析了铁磁/铁电界面处自旋结构电场驱动的相变演化,给出了稳定Skyrmion晶格存在的条件。进而,通过适度调整外加电场的大小,获得了对Skyrmion的手性、极化、半径、位置和数目的控制。我们还对微波电场中Skyrmion晶格动态多铁性响应的各向异性和非均匀性等特征进行了细致刻画,给出了Skyrmion晶格的磁电共振谱。2)铁磁涡旋的超快电场转换。近年来,太赫兹技术的快速发展为我们实现磁性结构的超快、全光操控提供了有利的实验条件。通过施加简单的皮秒电场脉冲序列,我们提出了由包裹Skyrmion为媒介的磁性涡旋状态转换的新机制。不同于通常的涡旋-反涡旋对的产生和湮灭过程,新转换机制避免了涡旋结构的破坏,将磁涡旋极化翻转的时间缩短到了15ps左右。通过时序非对称的高斯激光脉冲,在不破坏旋转对称性的情况下,我们也实现了磁涡旋手性的快速切换,其操控时间大幅缩短到了350ps。适当调节激光脉冲的宽度,磁涡旋的极化和手性甚至可以被同时翻转。超短的动力学切换过程允许我们可以进一步探索涡旋状态的可重复性操控,结果表明:无论是极性翻转,还是手性切换,甚至是二者同时转换在连续40个脉冲下都呈现出了高度的稳定性。以可重复的方式和超快的时间尺度对磁性涡旋动力学进行电控制为寻求低能耗、高效的自旋电子器件提供了一个非常重要的机会。3)包裹Skyrmion的赛道效应。作为磁性涡旋状态转换过程中的一种介导态,包裹Skyrmion可以通过磁电耦合稳定存在于磁性条带内。由于包裹Skyrmion中心和高斯激光束中心在垂直方向上的微小偏移产生的力可以平衡Skyrmion霍尔效应的影响,因此包裹Skyrmion将被允许在水平方向上以80m/s的最高速度移动。高斯电场对包裹Skyrmion的良好摄取能力使得它能够在方形磁性晶格中进行几乎无能量损耗的圆周运动。因此,包裹Skyrmion不仅可以用于晶体管和逻辑器件的开发,而且还可以作为自旋纳米振荡器产生GHz及以上的交流磁电信号。超快且可靠的拓扑磁孤子的电场调控,不仅在传统的信息存储方向有很高的应用价值,而且将在其它领域,如神经网络、磁子和自旋电子学计算领域体现出广阔的应用前景。