Observation af skyrmioner i en ferromagnet med centrosymmetri

Forskere fra National Institute of Materials Science (NIMS) har brugt Lorentz elektronmikroskopi til at vise, at magnetiske skyrmioner spontant dannes som nanomagnetiske klynger i en ferromagnetisk manganoxid med centrosymmetri.

De nyligt opdagede magnetiske hvirvelstrukturer kendt som magnetiske skyrmioner har vist sig at have meget interessante og hidtil usete egenskaber, såsom en meget stor anomal Hall-effekt og skyrmion-bevægelse under ultra-lav-densitet-strømme. De har rejst håb om deres anvendelse som nye magnetiske elementer. Dannelsen af ​​skyrmioner menes at kræve påføring af et magnetfelt på en magnet, der ikke har centrosymmetri.

Imidlertid, det er nu for første gang vist ved direkte observation med Lorentz elektronmikroskopi, at nanomagnetiske klynger spontant danner skyrmionstrukturer selv i ferromagnetiske manganoxider, hvor krystalstrukturerne har centrosymmetri. Dette resultat antyder muligheden for, at skyrmionstrukturer kan dannes selv i nanomagnetiske klynger og nanopartikler af forskellige ferromagneter, der ikke opfylder de betingelser, der konventionelt anses for nødvendige.

Skyrmions observeret i denne forskning indikerer et fænomen, hvor den magnetiske hvirvel gentagne gange vender om mellem uret og mod uret ved en bestemt temperatur på grund af termiske udsving. Det blev også fundet, i øvrigt, at når to skyrmioner kommer tæt på hinanden, de vender om til den samme hvirvelretning synkroniseret med hinanden. Dette resultat ser ud til at give ny viden til udviklingen af ​​magnetiske elementer ved hjælp af interaktionen mellem skyrmioner.

Resultatet peger også på en metode til at bestemme den nødvendige energi til at vende den magnetiske hvirvel af individuelle nanomagnetiske klynger ved Lorentz elektronmikroskopobservation. Denne metode kan potentielt anvendes bredt med nanomagneter og nanomagnetiske enheder, for hvilke det er vanskeligt at bestemme den energi, der kræves til magnetisk inversion ved almindelig måling.

Resultaterne blev annonceret i den forudgående online-udgave af det britiske videnskabelige tidsskrift Natur nanoteknologi den 29. april, 2013.