Nobelpriset i fysik 2016 tilldelades tre teoretiska fysiker för deras upptäckter av topologiska fasövergångar och topologiska faser av materia, som belyser topologins roll och betydelse för att förstå den fysiska världen. Inom magnetism, topologi är också direkt relaterad och grundläggande för fysiken i en exotisk magnetisk struktur, den magnetiska skyrmion.

Magnetiska skyrmions är nanoskala magnetiska strukturer med topologiska kvantnummer, som finns i ett antal material och kan styras med metoder som elektrisk ström och andra. På grund av deras nanoskala och topologiskt skyddade stabilitet, magnetiska skyrmions har stora löften i spintronic -applikationer som magnetminne och logiska beräkningsenheter. För att manipulera magnetiska skyrmions för informationsbehandling, Det är viktigt att fullt ut förstå deras dynamik.

Nyligen, ett team av forskare från Kina och Japan har studerat de magnetiska skyrmionerna i frustrerade magneter och frossat den exotiska dynamiken hos frustrerade magnetiska skyrmioner, som skiljer sig helt från magnetiska skyrmions i vanliga ferromagnetiska material. De fann helicitetslåsning-upplåsning övergången av frustrerade magnetiska skyrmions genom att inkludera dipol-dipol interaktioner i deras teoretiska modell, vilket är en energiterm som vanligtvis är försumbar för vanliga ferromagnetiska skyrmions. I de frustrerade magneterna, dipol-dipol-interaktionen spelar en viktig roll i helicitet (rotationsläge) -orbit (translationsläge) koppling av skyrmion, särskilt vid låg temperatur. Dessutom, forskarna visar att de nuvarande kontrollerade skyrmions- och antiskyrmions-dynamiken med låsande och låsande helicitet i frustrerade magneter kan möjliggöra nya spintroniska applikationer, till exempel helicitetsbaserade informationslagringsenheter.

Upptäckten rapporteras i veckan i tidningen Naturkommunikation , i en uppsats av Chinese University of Hong Kong, Shenzhen -forskaren Xichao Zhang, och doktoranden Jing Xia, och fyra andra från Shenzhen University, Kina, Shinshu universitet, Japan, och University of Tokyo, Japan.

"Helicitet är en grad av frihet för frustrerade magnetiska skyrmions, "säger Xichao Zhang, en forskare vid Chinese University of Hong Kong, Shenzhen, och den första författaren till studien. "I konventionella ferromagnetiska material, helskyddet hos en skyrmion kan inte kontrolleras effektivt, medan vi finner att det är möjligt att styra skyrmions helicitet genom att använda helicitetslåsning-upplåsningsovergången i frustrerade magnetiska material. "Zhang tillägger att kontrollen av helicitet kan leda till nya spintroniska applikationer som helicitetsbaserade skyrmioniska minnen.

"Vår studie visar också samspelet mellan frustrerade skyrmions och antiskyrmions, som är problem av både teoretisk och praktisk betydelse, "förklarar Yan Zhou, docent vid Chinese University of Hong Kong, Shenzhen, och motsvarande författare till studien. Zhou säger att det också är möjligt att bygga logiska beräkningsenheter baserade på skyrmions och antiskyrmions, och hans grupp driver detta för närvarande.

"Vi kan använda frustrerade skyrmions som ett binärt minne genom att använda två stabila Bloch-tillstånd, där heliciteten kan växlas genom att applicera ström, "säger Motohiko Ezawa, föreläsare vid University of Tokyo, och den andra motsvarande författaren till studien.