Dynamisk mønster af skyrmions observeret

Cu ₂ OSeO ₃ er et materiale med usædvanlige magnetiske egenskaber. Magnetiske spinvirvler kendt som skyrmions dannes inden for et bestemt temperaturområde, når de er i nærvær af et lille eksternt magnetfelt. I øjeblikket, moderat lave temperaturer på omkring 60 Kelvin (-213 grader Celsius) er påkrævet for at stabilisere deres fase, men det ser ud til at være muligt at flytte dette temperaturområde til stuetemperatur. Det spændende ved skyrmions er, at de let kan sættes i gang og kontrolleres, og dermed tilbyde nye muligheder for at reducere den energi, der kræves til databehandling.

Teoretisk arbejde havde forudsagt, at det skulle være muligt at bruge et højfrekvent elektrisk felt til at ophidse en gruppe skyrmions i prøven, så deres kerner vil rotere alle sammen, synkront som en fiskesværm, med eller mod uret, eller alternativt kan de endda udvise en "vejrtrækning" bevægelse.

Nu er det lykkedes et team at måle dynamikken i disse skyrmions i detaljer for første gang ved hjælp af en enkeltkrystalprøve af Cu ₂ OSeO ₃ . "Konventionelle laboratoriemetoder som ferromagnetisk resonans, kan ikke registrere direkte afbøjning af spinnene i skyrmionfasen og er derfor ikke egnede til selektivt at observere deres excitationer. Derfor, vi måtte finde på noget nyt, "forklarer prof. Christian Back, fra det tekniske universitet i München.

Teamet lykkedes på BESSY II i at kombinere en spin-opløsende metode med et eksternt mikrobølge-felt. "Resonant magnetisk spredningsteknik kombineret med magnetiske vektorielle ydre felter viser, hvor spinnene er placeret i gitteret, og hvordan de er orienteret i rummet, og alle disse for hver elementær spinart, der kan findes i prøven, "forklarer Dr. Florin Radu, på Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), en fysiker, der udviklede og oprettede VEKMAG -slutstationen i samarbejde med partnere fra Universität Regensburg, Ruhr University Bochum, og Freie Universität Berlin. Opførelsen og den videre udvikling af VEKMAG -stationen understøttes af det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning (BMBF) og HZB.

Brug af elektrisk felt induceret ferromagnetisk resonans excitation og registrering af røntgenintensiteten af ​​en såkaldt Bragg-top, forskergruppen demonstrerede eksperimentelt for første gang, at alle tre karakteristiske svingningsmetoder forekommer i Cu ₂ OSeO ₃ - holdet observerede magnetiske skyrmions, der drejede med uret, mod uret, og ekspanderende og kontraherende ("vejrtrækning" -tilstand). Disse tilstande kan skiftes og vendes ved at ændre frekvensen af ​​mikrobølgefeltet:Hver dynamisk tilstand opnås for en bestemt frekvens, som yderligere afhænger af det eksterne magnetfelt såvel som af andre iboende parametre for prøven. "Dette er et første skridt i retning af fasespecifik karakterisering af kontrolleret skyrmions gyrational bevægelse, "Siger Radu.