Forskere får det første mikroskopiske kig på et lille fænomen med store potentielle konsekvenser

Materiale opfører sig anderledes, når det er lille. På nanoskala, elektrisk strøm skærer gennem bjerge af partikler, spinder dem til hvirvler, der kan bruges med vilje i kvanteberegning. Partiklerne arrangerer sig selv i et topologisk kort, men linjerne udviskes, når elektroner smelter sammen til ikke -adskillelige kvasipartikler med skiftende egenskaber. Tricket er at lære at styre sådanne udskiftelige materialer.

For første gang, forskere har taget et mikroskopisk kig på denne proces. Det internationale team har nu offentliggjort deres resultater den 11. juli, 2019 i Kommunikationsfysik , -en Natur tidsskrift.

I visse ledende materialer, såsom mangansilicium (MnSi), kvasipartiklerne kan akkumuleres til en magnetisk skyrmion med en hvirvellignende form og bevægelse. Skyrmion skaber et gitter af forbindelsespunkter i MnSi -krystallen.

"Magnetiske skyrmions har tiltrukket interesse på grund af potentialet for spintronics -applikationer, "sagde Taku Sato, studieforfatter og professor ved Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials på Tohoku University.

Spintronics refererer til teoretisk elektronik, der ikke kun er afhængig af ladestatus for en strøm, men også om elektronernes egenskaber til at overføre og lagre kvanteinformation.

"Det første trin til at realisere sådanne spintroniske anvendelser af skyrmions kan være elektrisk strømstyring af skyrmion -strømning, "Sagde Sato." Når den var oprettet, skyrmion kan næsten aldrig tilintetgøres. Det hænger også stærkt sammen med elektrisk strøm, hvilket betyder, at det tager meget lidt strøm at flytte systemet. "

For at forstå, hvordan elektrisk strøm påvirker de magnetiske skyrmion -ændringer under en elektrisk strøm, forskerne brugte en metode kaldet lillevinklet neutronspredning. De drev en neutronstråle gennem en MnSi -krystal, får skyrmionpartiklerne til at reagere - neutronerne spredes bogstaveligt talt mod og omkring komponenterne i skyrmionsystemet. Hvordan de spreder fortæller forskerne om systemet.

I dette tilfælde, forskerne så, at skyrmions gitterstruktur var deformeret, får skyrmionens hvirvelbevægelse til at ændre sig. De så også, at kanterne på skyrmion blev væsentligt forstyrret, næsten som om den skubbede imod sig selv. Sato tilskriver dette det, han kaldte "fastklemte kanter." Skyrmion kan skubbe mod sine yderste grænser, forårsager friktion.

"En sådan friktionseffekt er ikke blevet rapporteret til dato, så vidt vi ved, "Sato sagde." Det er grundlæggende nøgleinformation for det realistiske design af spintronics -udstyr, der anvender magnetiske sygdomme. "

Sato og hans team planlægger at undersøge dynamikken i magnetiske skyrmions yderligere med det endelige mål at udvikle spintronic -enheder.