Ambidextrøse krystallers eksotiske egenskaber peger på nye magnetiske fænomener

Forskere fra Skoltech, KTH Kgl. Teknologisk Institut, og Uppsala Universitet har forudsagt eksistensen af ​​antikiral ferromagnetisme, en ikke-triviel egenskab ved nogle magnetiske krystaller, der åbner døren til en række nye magnetiske fænomener. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang B .

Kiralitet, eller håndfasthed, er en ekstremt vigtig fundamental egenskab ved objekter inden for mange fysikområder, matematik, kemi og biologi; et chiralt objekt kan ikke på nogen måde overlejres på sit spejlbillede. De enkleste chirale objekter er menneskehænder, deraf selve udtrykket. Det modsatte af chiral er achiralt:en cirkel eller en firkant er simple akirale objekter.

Chiralitet kan anvendes på meget mere komplekse enheder; for eksempel, konkurrerende interne interaktioner i et magnetisk system kan føre til fremkomsten af ​​periodiske magnetiske teksturer i strukturen, der adskiller sig fra deres spejlbilleder - dette kaldes chiral ferromagnetisk bestilling. Chirale krystaller anses i vid udstrækning for at være lovende kandidater til realisering af magnetisk datalagring og behandlingsenhed, da information kan kodes via deres ikke-trivielle magnetiske teksturer.

Anastasia Pervishko, forsker ved Skoltech Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering (CDISE), og hendes kolleger brugte symmetribaseret analyse og numeriske beregninger til at forudsige eksistensen af ​​antikiral ferromagnetisme - en slags ferromagnetisk ordning, når begge typer chiralitet (handedness) eksisterer samtidigt og veksler i rummet.

"I modsætning til chirale og akirale teksturer, vi forudsiger en fundamentalt anderledes magnetisk rækkefølge i tetraedriske ferromagneter. Vi bruger udtrykket 'antikiralitet' til at fremhæve den spontane modulering af magnetiseringsretningen med en rumlig chiralitetsveksling mellem højre- og venstrehåndethed induceret af krystalsymmetri, " siger Pervishko.

Hun forklarer, at chiraliteten i denne periodiske magnetiske tekstur veksler i rummet, mens den gennemsnitlige torsionsinvariant er nul. "Man kan forestille sig det som en magnetisk modulering, hvor den ene del er karakteriseret ved højrehåndethed og den anden af ​​venstrehåndethed; det adskiller sig drastisk fra konventionelle chirale teksturer, hvor håndheden er bevaret, " tilføjer Pervishko.

Holdet viste, at antikiral ferromagnetisme kan observeres i en klasse af krystaller, hvor mange mineraler er dannet naturligt. At gøre dette, de studerede magnetisk orden i strukturen med tetraedrisk krystalsymmetri og brugte mikromagnetisk analyse til at udlede denne nye antikirale orden.

"Takket være denne ukonventionelle grundtilstand, den foreslåede magnetiske rækkefølge kan resultere i en rig familie af magnetiske fænomener, herunder unikke magnetiske domæner og skyrmioner, der er fundamentalt forskellige fra chirale teksturer. Dette fund udløser yderligere teoretisk og eksperimentel undersøgelse af denne type magnetiske materialer, " slutter Anastasia Pervishko.