Skyrmioner skabt i et centrosymmetrisk materiale, der mangler geometrisk frustration

En begrænsning på den slags materialer, der kan være vært for magnetiske hvirvler i nanoskala, kendt som skyrmioner, er blevet ophævet af eksperimenter på RIKEN. Dette vil markant udvide sortimentet af de materialer, skyrmions kan skabes i, hvilket gør dem endnu mere attraktive til brug i lavenergi-datalagringsenheder.

Først opdaget for lidt over et årti siden, skyrmioner er meget lovende til anvendelse i laveffekt, højdensitetslagring og overførsel af data. De tiltrækker sig stigende interesse, og der er forudsigelser om, at de første skyrmion-baserede kommercielle enheder vil begynde at dukke op om cirka ti år.

Imidlertid, indtil for nylig, skyrmioner var kun blevet observeret ved grænseflader og i en særlig klasse af materialer, hvis krystalstrukturer manglede et center for symmetri. Sidste år, et RIKEN-ledet team lykkedes at skabe dem i et materiale, der havde et symmetri-center, øge rækken af ​​materialer, der kunne være vært for skyrmioner. De var i stand til at gøre dette, fordi deres materiale besad en egenskab kendt som geometrisk frustration, hvor et materiales geometri forhindrer systemet i at indtage den lavest mulige energitilstand ved lave temperaturer.

Nu, Shinichiro Seki og Nguyen Duy Khanh fra RIKEN Center for Emergent Matter Science og deres medarbejdere er gået et skridt videre og vist, at skyrmioner kan skabes selv i centrosymmetriske materialer, der mangler geometrisk frustration. De skabte en firkantet række af skyrmioner, der er mindre end 2 nanometer i diameter - de mindste skyrmioner skabt til dato i et enkelt materiale - i den centrosymmetriske tetragonale magnet GdRu2Si2.

Denne demonstration udvider rækken af ​​materialer, som skyrmioner kan hostes i, endnu mere. "Sjældne jordarters intermetalliske forbindelser er en meget bred klasse af materialer, " siger Nguyen. "Vores fund betyder, at skyrmioner kan skabes i mange forbindelser - de er ikke længere begrænset til en meget begrænset materialeklasse."

Da geometrisk frustration kun starter ved meget lave temperaturer, opdagelsen af, at det ikke er nødvendigt for at generere skyrmioner, rejser muligheden for, at de kan dannes ved stuetemperatur, hvilket vil være et kæmpe løft for deres brug i applikationer. "Vi leder nu efter et nyt system, der har en magnetisk bestillingstemperatur tæt på stuetemperatur eller endda over, " siger Nguyen.

Efter et tilfældigt møde på en konference sidste år, teamet har samarbejdet med teoretikere ved University of Tokyo for at afdække den mekanisme, der gør det muligt at skabe skyrmions uden geometrisk frustration. "Vi var meget overraskede over at høre, at de arbejder på problemet, og at deres teoretiske resultater stemmer meget godt overens med vores eksperimentelle resultater, "Noterer Nguyen.