Forskere observerer en ny type topologisk defekt i chirale magneter for første gang

'Topologiske defekter' dannes, når symmetrien af ​​et magnetisk materiale forstyrres. Domænevægge (DW'er) er en type topologisk defekt, der adskiller områder med forskellige magnetiske orienteringer. Et vidt undersøgt fænomen, manipulation af disse defekter har potentielle anvendelser i højtydende hukommelseslagringsenheder, energibearbejdningsanordninger, og kvanteberegning.

For nylig, muligheden for andre topologiske defekter indlejret i eller kombineret med DW'er har fået opmærksomhed for deres potentielle anvendelser inden for forskellige fysikområder. Nogle eksempler på disse 'defekter inden for defekter' er DW skyrmioner og DW bimeroner. Mens teoretiske modeller har understøttet eksistensen af ​​disse defekter, de er ikke tidligere blevet observeret eksperimentelt.

I en ny undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , Lektor Masahiro Nagao fra Nagoya University, Japan, og hans kolleger brugte Lorentz transmissionselektronmikroskopi (LTEM) til at visualisere disse defekter. De var i stand til at gøre det ved at sende elektroner og observere deres afbøjninger gennem en tynd magnetisk film. De topologiske defekter blev observeret som kontrasterende par af lyse og mørke områder. Ved at bruge denne teknik, holdet afbildede topologiske defekter i en chiral magnetisk tynd film lavet af kobolt, zink, og mangan.

I første omgang, forskerne observerede en enkelt DW-defekt, når filmen ikke var magnetiseret. Ved magnetisering af filmen ved at sende et magnetfelt vinkelret på den, de kunne observere udviklingen af ​​to typer DW'er. De konventionelle DW'er blev set som sorte streger, mens kæder af DW-bimeroner blev set som lyse elliptiske prikker på LTEM-billederne. Disse to typer DW'er optrådte alternativt og i par. Forskerne bemærkede, at disse DW'er steg, efterhånden som styrken af ​​magnetfeltet blev øget og til sidst forsvandt, efter at en vis tærskel var nået. For at bekræfte deres opdagelse, forskerne brugte transporten af ​​intensitetsligningen til at opnå de magnetiske fordelinger, som afslørede modsatte magnetiseringer på begge sider af kæden af ​​DW'er, bekræfter, at de er DW-bimeroner.

Forskerne foreslog en forklaring på disse defekter og deres dannelsesmekanisme. Nagao siger, "I vores chirale magnet tynde film, vi viser lænkede og isolerede bimeroner, der spiller rollen som henholdsvis og bundet til DW'er, som realiseres af ikke kun magnetisk anisotropi-komponent i planet, men også kombinationen af ​​Dzyaloshinskii-Moriya-interaktion, ud af planet magnetisk anisotropi, dipolær interaktion, og Zeeman-effekten."

Holdets resultater kaster lys over topologiske defekter i chirale magneter og har implikationer i fysikområder relateret til topologi, lige fra kosmologiske længdeskalaer til kondenseret stof.