Første observation af et kvadratisk gitter af meroner og antimeroner

Forskere har, for første gang, observerede et kvadratisk gitter af meroner og antimeroner - små magnetiske hvirvler og antivirvler, der dannes i en tynd plade af den spiralformede magnet Co ₈ Zn ₉ Mn ₃ . Ved at fint variere et magnetfelt påført vinkelret på den tynde plade, forskerne var i stand til at inducere en transformation mellem det kvadratiske gitter af meroner-antimeroner og et sekskantet gitter af skyrmioner, en anden form for hvirvel, der er topologisk forskellig fra meroner og antimeroner.

Evnen til at manipulere spin-teksturer i nanometerskala såsom meroner og skyrmioner er en nøgle til udviklingen af ​​spintronics - næste generations elektroniske enheder, der har et meget lavt strømforbrug. Hemmeligheden bag deres lave strømforbrug er, at de gør brug af den topologiske spin-tekstur - en egenskab, der opstår, når elektroner interagerer i et fast stof.

For at udføre eksperimenterne, udgivet i Natur , gruppen brugte en tynd magnetisk prøve lavet af en legering af kobolt, zink, og mangan, Co ₈ Zn ₉ Mn ₃ , som er kendt som en chiral magnet. De brugte et ekstremt svagt magnetfelt til at lokke de små hvirvler til at dannes i den tynde prøve, og observerede dem med Lorentz elektronmikroskopi.

Xiuzhen Yu fra RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS), avisens første forfatter, siger, "Det er velkendt i naturen, at eksterne stimuli kan udløse en strukturel overgang af krystaller mellem tetragonale og sekskantede gittere, og det var blevet forudsagt, at dette også ville blive set i topologiske spin-teksturer. Det var meget tilfredsstillende at kunne vise, at denne idé virkelig var sand, da vi så meronerne blive omdannet til skyrmioner, mens vi forsigtigt øgede magnetfeltet."

Forsøgene gjorde, imidlertid, give forskerne nogle overraskelser. Ved hjælp af tyndpladeprøven, de eksperimenterede med at sænke temperaturen for at se, hvordan det ville påvirke teksturerne. Ifølge Yu, "Vi fandt ud af, at skyrmionerne var meget robuste, varer, selvom vi sænkede temperaturen på den tynde plade, men meronerne og antimeronerne var meget mere følsomme, og slappede af i spin-spiraler, da temperaturen faldt. Dette kan have konsekvenser for manipulationen af ​​disse teksturer i fremtidige spintroniske enheder. I fremtiden, vi planlægger at lave undersøgelser ved hjælp af ikke kun magnetisk anisotropi, men også lokal belastning for at kontrollere spin-teksturer."