Som baristor skapar vackra spiraler av krämigt skum på de varma ytorna av lattes, forskare vid US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory har hittat ett sätt att kontrollera skapandet av speciella texturerade ytor i magnetiskt ordnade material.

Medan en barista fysiskt snurrar mjölk för att generera skum till en latte, Argonne -forskare undersökte nya regioner som involverar magnetiska snurr. Dessa regioner, känd som skyrmioner eller antiskyrmioner, har ingen elektrisk nettoladdning men har vad forskare kallar en "topologisk laddning, "vilket innebär att de kan användas för att lagra information.

"Människor har skapat skyrmions tidigare, "sade Argonne Distinguished Fellow Amanda Petford-Long, en författare till studien. "Men all forskning som har gjorts hittills involverade deras spontana bildning. Det nya är att vi nu kan kontrollera var de förekommer i ett material."

För att skapa sina skyrmioner och antiskyrmioner, forskarna använde en fokuserad jonstråle, som i huvudsak bombarderade ytan av lager av platina och kobolt med galliumjoner. "Du kan nästan tänka på det som en kock som använder en brulee -fackla, men istället för att använda värme använder vi ett annat material, " sa Argonne materialforskare Charudatta Phatak, en huvudförfattare till studien.

Hur forskarna bestämde sig för att flytta jonstrålen på ytan påverkade dramatiskt den typ av strukturer som resulterade. Först, de försökte en metod som kallas "rasterskanning, "vilket innebar att flytta strålen fram och tillbaka vertikalt eller horisontellt. Detta misslyckades med att producera önskade skyrmions eller antiskyrmions.

Så småningom, teamet fick idén att flytta strålen i en spiral, antingen börjar från mitten och arbetar utåt eller från kanterna och rör sig mot mitten. I det första fallet, detta gav en mycket snyggt definierad skyrmion; i det andra fallet, forskarna fann att den inåtgående spiralen producerade en antiskyrmion. "Som vi förstår det, detta är första gången en artificiell antiskyrmion har förverkligats genom experiment, Sa Phatak.

Eftersom denna metod skapar skyrmioner och antiskyrmioner som är fixerade i position, framtida forskning skulle kunna använda detta framsteg för att skapa en slags "flipperspel" för elektroner som skulle använda de präglade magnetiska snurrarna i skyrmionregionerna för att styra elektronrörelser.

"Det som verkligen är spännande är förmågan att studera interaktionerna mellan dessa strukturer, "Petford-Long sa." Vår forskning öppnar många nya möjligheter för att utforska ny grundläggande fysik, för att använda jonstrålen tillåter oss att göra skyrmions och skyrmionliknande strukturer med olika storlekar från nanometer till mikron. "

Ett papper baserat på studien, "Skapande av konstgjorda skyrmioner och antiskyrmioner genom anisotropiteknik, " framträdde i Vetenskapliga rapporter den 10 augusti, 2016.