寻找奇怪的skymion现象失败,但发现了奇怪的磁珠项链

粒子skymion的艺术概念

正在寻找一种罕见的磁自旋结构的物理学家发现了另一种隐藏在超薄磁性薄膜结构中的具有其特征的物体,他们称之为不相称自旋晶体。

  • 华威大学物理学家们开始寻找skyrmons,却发现了几乎相同的物体,具有独特的性质,他们将其命名为不相称自旋晶体
  • 科学家们在只有几个原子厚的超薄材料中寻找磁自旋结构的迹象
  • 物理学家们对skyrmons的潜力非常感兴趣,这种潜力经常被他们模糊的、体积的电测量所探测到。
  • 这项新发现可能为计算机存储技术的新基础指明道路
不相称的旋转晶体

“不相称自旋晶体”相的畴型。资料来源:华威大学

正在寻找一种罕见的磁自旋结构的物理学家发现了另一种隐藏在超薄磁性薄膜结构中的具有其特征的物体,他们称之为不相称自旋晶体。

华威大学的一个研究小组在《华尔街日报》上报道了这一发现自然通讯这可能为计算机内存和存储等技术提供新的可能性。

研究人员最初打算寻找skymion,这是一种旋转的磁自旋结构,理论上存在于特定的磁性材料中,由于其独特的特性和新一代节能数据存储的潜力,物理学家对此非常感兴趣。为了找到它们,科学家们寻找霍尔效应的异常行为;这就导致电子在通过导电材料时表现出不同的行为,用电阻率来测量。

为了诱导这种效应,研究小组将铁电材料钛酸铅的极薄薄膜与另一种铁磁体薄膜钌酸锶结合在一起制作了样品。这些层在原子层面上是平坦的,只有5到6个单元(3纳米)厚。

不相称自旋晶体模拟畴型

“不相称自旋晶体”相的畴型模拟。资料来源:华威大学

铁电层产生的电场扭曲了铁磁体的原子结构,打破了它的对称性。使用原子精密电子显微镜,他们测量了这种对称性破坏,也能够单独测量材料的电阻率,并确认了类似于拓扑霍尔效应的特征的存在,这是对skymion的预期。

然后,研究人员使用磁力显微镜检查了材料原子结构的拓扑结构,形成了一个基于矩形的晶格,而不是像他们预期的六边形。在这个晶格中是磁畴,在磁畴中,skyrmons会被发现为独立的、孤立的粒子。相反,这些区域更像是一串或项链上的珠子,这些珠子永远不会形成一个完全的圆形。

该研究的第一作者萨姆·塞登是华威大学物理系的一名博士生,他说:“一旦你仔细检查这些图像,你会意识到,实际上,这根本不像一个Skyrmion。”

马林Alexe

华威大学物理系的马林·亚历克斯教授。资料来源:华威大学

“一个skymion会产生它自己复杂的霍尔效应,当观察到类似的效果时,它通常被认为是skymion的签名。我们发现了一个非常有序的畴结构,就像skymion晶格的形成一样,但是它们只是手性的,没有拓扑保护。通过真实空间成像的证据表明,你不需要一个拓扑域就能产生这种霍尔效应。”

铁电材料和铁磁材料是计算机存储和存储等技术的重要组成部分。例如,与钛酸铅非常相似的材料经常被用于汽车电子系统的计算机内存,因为它们的坚固性和在极端温度下工作的能力。

来自华威大学(University of Warwick)的合著者马林·亚历克斯(Marin Alexe)教授说:“人们对铁电材料和铁磁材料之间的这种界面很感兴趣,比如用于新型计算机内存。”由于铁电极化可以永久转换,这就改变了铁磁体中的量子效应,这可能会给我们下一个量子计算机的材料方向。这将需要稳定的材料,在极端温度下工作,低功耗,可以存储信息很长一段时间,所以所有的成分都在这里。

拓扑学是某些数学概念在现实生活中的转化,现在是物理学新发现的核心。在华威大学,我们有一个非凡和先进的基础设施,使我们能够从理论角度解决问题,观察原子结构,直到在极端温度和场,特别是磁场下研究功能属性。我们能够为工程师开发新技术提供基础。”

参考文献:SrRuO中铁电诱导磁自旋晶体的实空间观测3.作者s·d·塞登,d·e·多加鲁,s·j·r·霍尔特,d·鲁苏,j·j·p·彼得斯,a·m·桑切斯和m·亚历克斯,自然通讯
DOI: 10.1038 / s41467 - 021 - 22165 - 5

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