Skyrmions創(chuàng)造了一個特殊的螺旋

就像咖啡師在拿鐵咖啡的溫暖表面上創(chuàng)造出美麗的奶油泡沫螺旋一樣，能源部(DOE)阿貢實驗室的研究人員已經(jīng)找到了一種方法來控制磁性材料中特殊紋理表面的形成。

雖然咖啡師在物理上旋轉(zhuǎn)牛奶以產(chǎn)生泡沫作為拿鐵咖啡，但阿貢的研究人員研究了涉及磁性旋轉(zhuǎn)的新區(qū)域。這些地區(qū)，被稱為skyrmions或antiskyrmions，沒有凈電荷，但確實有科學(xué)家稱之為“拓?fù)涑潆?rdquo;，這意味著它們可用于存儲信息。

“人們之前曾創(chuàng)造過一些人，”該研究的作者阿貢娜杰出研究員阿曼達(dá)·佩特福德朗說道。“但到目前為止所做的所有研究都涉及到它們的自發(fā)形成。新的是我們現(xiàn)在可以控制它們在材料中的位置。“

為了創(chuàng)造他們的skyrmions和antiskyrmions，研究人員使用聚焦離子束，它基本上用鎵離子轟擊鉑和鈷層的表面。“你幾乎可以把它想象成一個使用布丁火炬的廚師，但不是使用熱量，而是使用其他材料，”該研究的第一作者阿貢材料科學(xué)家Charudatta Phatak說。

研究人員如何決定將離子束移動到表面上會極大地影響所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)類型。首先，他們嘗試了一種稱為“光柵掃描”的方法，該方法涉及垂直或水平地來回移動光束。這未能產(chǎn)生所需的skyrmions或antiskyrmions。

最終，該團隊想到了將光束移動成螺旋形的想法，從中心開始向外或從邊緣向外移動并向中心移動。在第一種情況下，這產(chǎn)生了一個非常明確的skyrmion; 在第二種情況下，研究人員發(fā)現(xiàn)內(nèi)向螺旋產(chǎn)生了反磁力。“據(jù)我們所知，這是第一次通過實驗實現(xiàn)人工反動作，”Phatak說。

因為這種方法可以產(chǎn)生固定在適當(dāng)位置的skyrmions和antiskyrmions，未來的研究可以利用這種進步為電子創(chuàng)造一種“彈球機”，這種電子將利用skyrmion區(qū)域中的印跡磁自旋來引導(dǎo)電子運動。

“真正令人興奮的是能夠研究這些結(jié)構(gòu)的相互作用，”Petford-Long說。“我們的研究為探索新的基礎(chǔ)物理學(xué)開辟了許多新的可能性，因為使用離子束可以讓我們制作各種尺寸從納米到微米的skyrmions和類似skyrmion的結(jié)構(gòu)。”