Magnetiska skyrmioner är magnetiska virvlar som kan leda till nya lösningar som kombinerar låg energiförbrukning med höghastighets beräkningskraft och datalagring med hög densitet, revolutionerande informationsteknik. Ett team från Delft University of Technology, i samarbete med University of Groningen och Hiroshima University, har upptäckt en ny, oväntat magnetiskt tillstånd, som är relaterad till dessa skyrmions. Resultaten öppnar nya sätt att skapa och manipulera komplexa magnetiska strukturer med tanke på framtida IT -applikationer.

En magnetisk skyrmion är en kvasipartikel, en magnetisk virvel, som, en gång skapad, är mycket stabil och kan inte kollapsa. Dessutom, skyrmions är små och kan resa genom material nästan obehindrat, ungefär som tsunamier reser genom haven. Dessa unika egenskaper gör skyrmions lovande byggstenar för gröna IT -applikationer, t.ex. hårddiskar med hög densitet utan rörliga delar. Sedan deras första upptäckt för nästan 10 år sedan, skyrmions har befunnits vara allestädes närvarande. På senare år har fysiker har upptäckt nya typer av skyrmions, samt nya materialklasser som är värd för skyrmioner. Dock, alla dessa system visar samma generiska beteende, som därför antogs vara universell.

Nu, dock, ett internationellt samarbete mellan experimentella och teoretiska fysiker under ledning av Delft University of Technology har upptäckt ett helt nytt tillstånd som inte passar in i det universella systemet och kan användas för att manipulera skyrmions. "Detta tillstånd visas under påverkan av höga magnetfält och låga temperaturer, " sa Katia Pappas från Delfts tekniska universitet. "Ingen, inklusive oss, hade förväntat mig att hitta den där. "

Forskarna fick experimentell bekräftelse för denna nya fas genom användning av neutronspridning, magnetisering och AC magnetiska känslighetsmätningar. Liten vinkel neutronspridning, först på Laboratoire Léon Brillouin, Frankrike, och slutligen på Oak Ridge National Laboratory, i USA, gav den avgörande bevisningen. Det avslöjade en förändring i den mikroskopiska strukturen när magnetiska spiraler som är inriktade längs ett magnetfält glider bort från det när magnetfältet ökar. "Detta är oväntat, "Pappas sa." Det är som om en boll som ligger på marken börjar sväva när dess massa eller gravitationskraften ökar. "

Den teoretiska förklaringen av detta överraskande resultat, tillhandahålls av grupperna Hiroshima och Groningen, är baserad på de magnetiska spiralernas starka känslighet för svaga interaktioner av relativistiskt ursprung. Således, en liten förändring i balansen mellan relativt svaga interaktioner kan få stora konsekvenser för dessa kirala magneters magnetiska egenskaper.

Resultaten, som har publicerats i Vetenskapliga framsteg , öppna upp för nya sätt att skapa och manipulera komplexa magnetiska strukturer och använda dessa strukturer för gröna IT-applikationer.