Nyt eksotisk magnetisk kvasipartikel skyrmion bundt slutter sig til topologisk zoo

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Natur nanoteknologi , en forskningsgruppe ledet af prof. Du Haifeng og dr. Tang Jin fra High Magnetic Field Laboratory, Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), rapporterede et videnskabeligt gennembrud efter at de fandt skyrmion bundter, et nyt familiemedlem af topologiske magnetiske strukturer.

Ved hjælp af Lorentz transmissionselektronmikroskopi (Lorentz-TEM), forskergruppen præciserede, for første gang, en type magnetiske kvasipartikler med vilkårlige topologiske ladninger Q, og derefter yderligere realiseret strømdrevet dynamisk bevægelse af skyrmion bundter.

Skyrmion, en hvirvellignende lokaliseret chiral topologisk magnetisk struktur, har et potentiale til at være den informationsbærer, der anvendes i fremtidige højtydende spintronic-enheder. Den topologiske ladning er en fundamental parameter for magnetiske domæner og bestemmer deres topologi-relaterede egenskaber. Blandt de topologiske strukturer, herunder skyrmioner, meroner, hvirvel, og skyrmion bobler, de topologiske ladninger er både én eller mindre end én. Selvom teorien har foreslået "skyrmionposer" og "højordens skyrmioner" som multi-Q topologiske magnetiske strukturer, deres eksperimentelle observationer forbliver uhåndgribelige.

Ved hjælp af 3D mikromagnetisk simuleringstilgang, forskergruppen foreslog en ny 3D multi-Q topologisk struktur, skyrmion bundt. Skyrmion-poser forbliver i det indre af sådanne magnetiske objekter og bliver til multi-Q højordens skyrmioner rundt om overfladen. Skyrmion bundter blev derefter eksperimentelt verificeret af Lorentz-TEM ved at vende felttegnet fra indledende skyrmion-helix blandede faser. Deres strømdrevne dynamiske bevægelser blev også yderligere udforsket ved in-situ TEM magnetisk billeddannelse. De fandt kollektive bevægelser og topologiske tegnafhængighed af Hall sidelæns forskydninger af skyrmion bundter drevet af nanosekund pulserede strømme.

Observation af skyrmionbundter i denne undersøgelse udvider ladningen af ​​topologiske magnetiske medlemmer fra én til vilkårlige heltalværdier og fjerner mangfoldigheden i topologisk magnetisk zoo. Skyrmion bundter kan tjene som informationsbærere, der anvendes i særskilte spintroniske enheder såsom multi-state hukommelse og information interconnect og bør bane et nyt felt af topologisk spintronics.