Forskare har, för första gången, observerade ett kvadratiskt gitter av meroner och antimeroner - små magnetiska virvlar och antivirvlar som bildas i en tunn platta av den spiralformade magneten Co ₈ Zn ₉ Mn ₃ . Genom att finvariera ett magnetfält som appliceras vinkelrätt mot den tunna plattan, forskarna kunde inducera en transformation mellan det kvadratiska gittret av meroner-antimeroner och ett hexagonalt gitter av skyrmioner, en annan form av virvel som skiljer sig topologiskt från meroner och antimeroner.

Möjligheten att manipulera spinnstrukturer i nanometerskala som meroner och skyrmioner är en nyckel till utvecklingen av spintronics - nästa generations elektroniska enheter som har mycket låg strömförbrukning. Hemligheten med deras låga energiförbrukning är att de använder sig av den topologiska spinntexturen - en egenskap som uppstår när elektroner interagerar i ett fast ämne.

För att utföra experimenten, publicerad i Natur , gruppen använde ett tunt magnetiskt prov gjord av en legering av kobolt, zink, och mangan, Co ₈ Zn ₉ Mn ₃ , som är känd som en kiral magnet. De använde ett extremt svagt magnetfält för att få de små virvlarna att bildas i det tunna provet, och observerade dem med Lorentz elektronmikroskopi.

Xiuzhen Yu från RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS), tidningens första författare, säger, "Det är välkänt i naturen att yttre stimuli kan utlösa en strukturell övergång av kristaller mellan tetragonala och hexagonala gitter, och det hade förutspåtts att detta också skulle ses i topologiska spin-texturer. Det var mycket tillfredsställande att kunna visa att denna idé verkligen var sann, när vi såg meronerna förvandlas till skyrmioner när vi försiktigt ökade magnetfältet."

Experimenten gjorde, dock, ge forskarna några överraskningar. Med hjälp av provet av den tunna plattan, de experimenterade med att sänka temperaturen för att se hur det skulle påverka texturerna. Enligt Yu, "Vi fann att skyrmionerna var mycket robusta, varar även när vi sänkte temperaturen på den tunna plattan, men meronerna och antimeronerna var mycket känsligare, och slappnade av i spinnspiraler när temperaturen sjönk. Detta kan få konsekvenser för manipuleringen av dessa texturer i framtida spintroniska enheter. I framtiden, vi planerar att göra studier med inte bara magnetisk anisotropi, men också lokal stam för att kontrollera spinnstrukturer."