Mätningar vid Australian Center for Neutron Scattering har hjälpt till att klargöra arrangemanget av magnetiska virvlar, känd som skyrmions, i mangansilicid (MnSi).

En skyrmion är den minsta möjliga förändringen i en enhetlig magnet:ett punktliknande område med omvänd magnetisering, omgiven av en virvlande vridning av snurr.

Den magnetiska konfigurationen lockar uppmärksamhet som en potentiell databärare i nästa generations minnesenheter.

En grupp forskare vid RIKEN Center for Emergent Matter Science i Japan har upptäckt att ett magnetfält kan användas för att växla en grupp skyrmions fram och tillbaka mellan två olika gitterarrangemang, visar vilken typ av kontroll som behövs för avancerade minnesenheter.

Studien har publicerats i Vetenskapliga framsteg .

Atomerna i vissa material bär sin egen inneboende magnetism, med varje atom som en stångmagnet. När dessa miniatyrmagneter sveps in i små virvlande mönster, de bildar tillsammans skyrmions som beter sig som diskreta partiklar.

Det bildas endast i magneter där interaktionen mellan snurr föredrar en magnetisk struktur med kiral symmetri, till exempel vridning som är antingen vänster eller högerhänt.

Att vara cirkulär, skyrmions brukar packas ihop i ett triangulärt galler.

Taro Nakajima och Hiroshi Oike från RIKEN och kollegor studerade hur detta skyrmiongitter kan manipuleras i mangansilicid.

Rent generellt, skyrmion -gitter förekommer i detta material endast inom ett smalt intervall av temperaturer och magnetfält. "Det gör gallren för ömtåliga för att ordna om, sa Nakajima.

Teamet undersökte ett mer robust skyrmiongitter genom att applicera elektriska pulser på materialet vid 12,5 kelvin (K) och ett magnetfält på 0,2 tesla (T).

Pulserna värmde materialet snabbt, vilket får skyrmions att bildas i ett fönster med stabilitet mellan 27 och 29 K.

Provet svalnade snabbt, låsa skyrmionerna i ett triangulärt galler som var stabilt över ett mycket bredare temperaturintervall och magnetfält.

Forskarna kylde sedan provet till 1,5 K och använde liten vinkelneutronspridning (SANS) på QUOKKA -instrumentet för att förstå hur skyrmiongitteret förändrades under olika magnetfält.

Vid magnetfält under 0,1 T, gitteret arrangerades om till ett fyrkantigt mönster som endast var stabilt inom ett relativt begränsat område med mycket låga temperaturer och magnetfält. Att höja fältet till 0,2 T återupplivade det triangulära gallret.

"På QUOKKA var det möjligt att mäta förändringar av skyrmiongitteret in situ när en elektrisk ström applicerades under olika magnetfält, "sa instrumentforskaren Dr Elliot Gilbert, och medförfattare till publikationen.

Även om SANS inte ser partikelliknande egenskaper hos skyrmions direkt, mönstren kan tolkas för att ge information om partiklarnas packning.

Forskarna föreslår att dessa gitterövergångar påverkas av ojämnheter, eller anisotropi, i den underliggande magnetismen hos manganatomerna i materialet.

Vid låga magnetfält och temperaturer, denna anisotropi gör att skyrmionerna delvis kan överlappa varandra, gå närmare varandra för att anta ett fyrkantigt gitterarrangemang.

Denna effekt kan mycket väl förekomma i andra material, enligt forskargruppen.

"Våra experiment avslöjade att skyrmionerna verkligen har partikelkaraktär i bulkkristaller, säger Nakajima.

"Dessa förväntas vara tillämpliga för framtida magnetiska minnesenheter där varje skyrmionpartikel beter sig som en informationsbärare."