Bimeronium:Et nyt medlem af den topologiske spin-teksturfamilie

Topologiske spin-teksturer i magnetiske systemer er spændende objekter, der udviser eksotisk fysik og har potentielle anvendelser i informationslagring og -behandling. Den mest fundamentale og eksemplariske topologiske spin-tekstur kaldes skyrmion, som er en cirkulær domænevæg i nanoskala, der bærer en topologisk ladning, der ikke er nul. Skyrmion-teksturen i magnetiske materialer blev teoretisk forudsagt i slutningen af ​​1980'erne, og det blev eksperimentelt observeret i chirale magneter for et årti siden. Siden den første observation af magnetiske skyrmioner, skyrmion-samfundet har fokuseret på en række topologiske spin-teksturer, der er udviklet fra skyrmion, såsom skyrmionium og bimeron.

I et nyligt teoretisk arbejde udført af et internationalt hold fra Kina, Japan, Australien, Rusland, og Frankrig. Forfatterne introducerede en ny type topologiske spin-teksturer, som kaldes bimeronium. Bimeronium findes i magneter med magnetisering i planet. Det er et topologisk modstykke til skyrmionium i vinkelret magnetiserede magneter og kan ses som en kombination af to bimeroner med modsatte topologiske ladninger. Derfor, bimeronium bærer en topologisk ladning på nul, ligesom skyrmionium.

Forfatterne studerede bimeronium stabiliseret i et magnetisk monolag med frustrerede udvekslingsinteraktioner. De fandt ud af, at det frustrerede bimeronium kan blive drevet til konstant selvrotation af det dæmpende spin-orbit-drejningsmoment under visse forhold. Denne undersøgelse tyder på, at bimeronium har mulighed for at blive kontrolleret af eksterne stimuli, hvilket betyder, at den kan bruges som en spintronisk byggeklods.

Resultaterne er offentliggjort online den 3. februar i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver , i et brev fra Prof. Yan Zhous gruppe fra The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen (CUHKSZ), og flere samarbejdspartnere fra Sichuan Normal University, Kina, Universitetet i Tokyo, Japan, University of New South Wales, Australien, National University of Science and Technology, Rusland, CY Cergy Paris Universitet, Frankrig, og Shinshu University, Japan

"En række forskellige typer topologiske spin-teksturer kan i princippet findes i frustrerede spin-systemer, " siger Dr. Xichao Zhang, en forsker i øjeblikket ved Shinshu University, og den første forfatter til undersøgelsen. "Skyrmions og skyrmioniums er blevet grundigt undersøgt i mange år, nu tror jeg, det er tid til at udforske deres modstykker i forskellige magnetiske systemer. I fremtiden, forskellige topologiske spin-teksturer kan spille forskellige roller i spintroniske applikationer."

"For nylig, magnetiske systemer med anisotropi i planet genvinder interesse, så det er vigtigt at forstå de dynamiske egenskaber af topologiske spin teksturer såsom bimeroner og bimeroniums, hvilket kan føre til nye spintroniske applikationer, " forklarer Dr. Oleg A. Tretiakov, lektor ved University of New South Wales, og medforfatteren til denne undersøgelse.

"Faktisk kommer alle disse fascinerende nye magnetiske opdagelser fra konkurrerende interaktioner i frustrerede spin-systemer. Frustrationen er årsagen til mange nye fænomener opdaget siden 80'erne, og mange af dem skal stadig opdages i den kommende tid, " siger Dr. Hung T. Diep, anerkendt professor ved CY Cergy Paris University, og medforfatteren til denne undersøgelse.

"I teorien, bimeronium kan også stabiliseres ved chirale udvekslingsinteraktioner i ferromagneter og antiferromagneter. Vi mener, at det er muligt at observere disse nye topologiske objekter i magnetiske materialer ved hjælp af eksisterende metoder, " forklarer Dr. Yan Zhou, lektor ved CUHKSZ, og den tilsvarende forfatter til undersøgelsen.