![3D-structuur en experimentele observatie van skyrmionbundels. Krediet: TANG Jin Nieuwe exotische magnetische quasideeltjes](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2021/new-exotic-magnetic-qu.jpg)
3D-structuur en experimentele observatie van skyrmionbundels. Krediet: TANG Jin
In een recent gepubliceerd onderzoek in Natuur Nanotechnologie, rapporteerde een onderzoeksgroep onder leiding van Prof. Du Haifeng en Dr. Tang Jin van High Magnetic Field Laboratory, Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), een wetenschappelijke doorbraak nadat ze skyrmion-bundels hadden gevonden, een nieuw familielid van topologische magnetische structuren.
Met behulp van Lorentz-transmissie-elektronenmicroscopie (Lorentz-TEM) verduidelijkte de onderzoeksgroep voor het eerst een type magnetische quasideeltjes met willekeurige topologische ladingen Q, en realiseerde vervolgens verder stroomgedreven dynamische beweging van skyrmionbundels.
Skyrmion, een vortexachtige gelokaliseerde chirale topologische magnetische structuur, heeft het potentieel om de informatiedrager te zijn die wordt toegepast in toekomstige krachtige spintronische apparaten. De topologische lading is een fundamentele parameter van magnetische domeinen en bepaalt hun topologie-gerelateerde eigenschappen. Van de topologische structuren, waaronder skyrmionen, merons, vortex en skyrmion-bellen, zijn de topologische ladingen zowel één als kleiner dan één. Hoewel de theorie “skyrmion bags” en “high-order skyrmions” heeft voorgesteld als multi-Q topologische magnetische structuren, blijven hun experimentele waarnemingen ongrijpbaar.
Met behulp van een 3D-micromagnetische simulatiebenadering stelde de onderzoeksgroep een nieuwe 3D multi-Q topologische structuur voor, de skyrmion-bundel. Skyrmion-zakken blijven bestaan in het binnenste van dergelijke magnetische objecten en wenden zich tot multi-Q skyrmionen van hoge orde rond het oppervlak. Skyrmion-bundels werden vervolgens experimenteel geverifieerd door Lorentz-TEM door het veldteken van de initiële gemengde skyrmion-helix-fasen om te keren. Hun door stroom aangedreven dynamische bewegingen werden ook verder onderzocht door in-situ TEM magnetische beeldvorming. Ze vonden collectieve bewegingen en topologische tekenafhankelijkheid van Hall zijwaartse verschuivingen van skyrmion-bundels aangedreven door nanoseconde gepulseerde stromen.
Observatie van skyrmion-bundels in deze studie breidt de lading van topologische magnetische leden uit van één naar willekeurige gehele waarden en werpt de diversiteit in topologische magnetische dierentuin af. Skyrmion-bundels kunnen dienen als informatiedragers die worden toegepast in verschillende spintronische apparaten zoals multi-state geheugen en informatie-interconnect en zouden een nieuw veld van topologische spintronica moeten effenen.
Jin Tang et al, Magnetische skyrmion-bundels en hun stroomgestuurde dynamiek, Natuur Nanotechnologie (2021). DOI: 10.1038/s41565-021-00954-9
Natuur Nanotechnologie
Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen