Skyrmions skabt med en speciel spiral

Som baristaer, der skaber smukke spiraler af cremet skum på lattes varme overflader, forskere ved US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory har fundet en måde at kontrollere skabelsen af ​​specielle teksturerede overflader i magnetisk ordnede materialer.

Mens en barista fysisk spinder mælk for at generere skum til en latte, Argonne -forskere undersøgte nye områder, der involverer magnetiske spins. Disse regioner, kendt som skyrmions eller antiskyrmions, har ingen nettoladning, men har det, forskere kalder en "topologisk ladning, "hvilket betyder, at de kan bruges til at gemme oplysninger.

"Folk har skabt skyhyrninger før, "sagde Argonne Distinguished Fellow Amanda Petford-Long, forfatter til undersøgelsen. "Men al den forskning, der er blevet udført til dato, involverede deres spontane dannelse. Det nye er, at vi nu kan kontrollere, hvor de forekommer i et materiale."

For at skabe deres skyrmions og antiskyrmions, forskerne brugte en fokuseret ionstråle, som i det væsentlige bombarderede overfladen af ​​lag af platin og kobolt med galliumioner. "Du kan næsten tænke på det som en kok, der bruger en brulee -fakkel, men i stedet for at bruge varme bruger vi et andet materiale, "sagde Argonne materialeforsker Charudatta Phatak, en hovedforfatter af undersøgelsen.

Hvordan forskerne besluttede at flytte ionstrålen på overfladen, påvirkede dramatisk den slags strukturer, der resulterede. Først, de prøvede en metode kendt som "raster scanning, "som involverede at flytte strålen frem og tilbage lodret eller vandret. Dette kunne ikke frembringe de ønskede skyrmions eller antiskyrmions.

Til sidst, holdet ramte ideen om at flytte strålen i en spiral, enten starter fra midten og arbejder udad eller fra kanterne og bevæger sig mod midten. I det første tilfælde, dette frembragte en meget pænt defineret skyrmion; i det andet tilfælde, forskerne fandt ud af, at den indadgående spiral producerede en antiskyrmion. "Så vidt vi ved, dette er første gang en kunstig antiskyrmion er blevet realiseret ved forsøg, "Sagde Phatak.

Fordi denne metode skaber skyrmions og antiskyrmions, der er fastgjort i position, fremtidig forskning kunne bruge dette fremskridt til at skabe en slags "flipperspillemaskine" til elektroner, der ville bruge de påtrykte magnetiske spins i skyrmion -regionerne til at styre elektronens bevægelse.

"Det, der virkelig er spændende, er evnen til at studere interaktionerne mellem disse strukturer, "Petford-Long sagde." Vores forskning åbner mange nye muligheder for at udforske ny grundlæggende fysik, fordi brug af ionstrålen giver os mulighed for at lave skyrmions og skyrmion-lignende strukturer med forskellige størrelser lige fra nanometer til mikrometer. "

Et papir baseret på undersøgelsen, "Oprettelse af kunstige skyrmions og antiskyrmions ved anisotropi engineering, "dukkede op i Videnskabelige rapporter den 10. august, 2016.