Kemiskt "tryck" från atomersubstitution justerade magnetiska egenskaper hos en väl studerad magnet, mangansilicid. Något större atomer (gröna) tog platsen för några av kiselatomerna i magneten, utvidga kristallstrukturen. Den expanderade kristallstrukturen (a) visas där blå är kisel och rosa är mangan. En liten mängd substitution stabiliserade två magnetiska faser:korkskruvning av magnetiska snurr (pilar) representerar en spiralformad magnetisk fas (b); snurrande snurr skapar virvlar representerar en exotisk skyrmion gitterfas (c). Kredit:US Department of Energy
Ovanlig, små virvlar som snurrar på ytan av vissa magneter kan erbjuda ett sätt att minska energibehovet hos datorer. Det är viktigt att kontrollera virvelerna. Forskare fann att kemisk substitution i en välstuderad magnet fungerade som en effektiv knapp för att justera de magnetiska egenskaperna. Genom att bara lägga till några lite större atomer till magneten utvidgades kristallgitteret, eller atomarrangemang. Expansionen applicerade ett "negativt kemiskt" tryck på systemet. Trycket förändrade magnetismens karaktär och stabiliserade en exotisk virvelfas som kallades skyrmiongitteret.
Denna ytterligare förståelse för hur man skapar och stabiliserar skyrmions kan föra oss närmare magnetiska minnesenheter som kräver mindre elektrisk ström för att kunna styras. Arbetet gav också inblick i ursprunget till interaktioner som är ansvariga för bildandet av skyrmion.
Sedan upptäckten av magnetiska skyrmions-topologiskt stabil vortexliknande spinntextur-i en välstuderad magnetisk metall 2009, mycket forskning är inriktad på de grundläggande egenskaperna och ursprunget för denna ovanliga magnetfas. Skyrmions är relativt stora och känsliga för låga strömmar och har därför potential för elektroniska enheter med låg effekt.
Det nuvarande arbetet fokuserade på att förstå de funktioner som skapar och stabiliserar skyrmions, särskilt en antisymmetrisk interaktion som antas vara ansvarig för utvecklingen av skyrmiongitteret. Forskare använde kemisk substitution med något större atomer vid icke-magnetiska platser på kristallgitteret för att expandera strukturen. Oväntat på relativt låga nivåer, kemisk substitution påverkade magnetisk karaktär och laddningstransportegenskaper.
Experiment avslöjade en förändring i karaktären hos den elektroniska strukturen som tros vara den avgörande faktorn för den antisymmetriska interaktionen i hjärtat av skrymionsbildning. Denna forskning visade det magnetiska tillståndets dramatiska beroende av kristallgitterets storlek och påpekar möjligheten att utforska ursprunget till antisymmetriska interaktioner genom en kombination av experiment, neutronspridning, och elektronisk strukturberäkning.
