Topologiska spinntexturer i magnetiska system med utbytesfrustration, såsom skyrmioner och bimeroner, kan visa icke-trivial topologi och exotisk dynamik.

I ett nyligen utfört arbete utfört av ett internationellt forskarlag från Kina, Japan, och Australien, författarna studerar teoretiskt de statiska och dynamiska egenskaperna hos topologiskt icke-triviala bimeroner i ett ferromagnetiskt monolager med utbytesfrustration och magnetisk anisotropi i planet.

De finner att bimeronen visar rik dynamik inducerad av vridmoment i omloppsbana, som beror på inställningen av drivström samt topologin för bimeron. De visar beräkningsmässigt att frustrerade bimeroner kan slås samman på ett sätt som respekterar topologibevarandet. I analogi med kärnfysik, frustrerade bimeroner med högre topologiska laddningar är mer energimässigt gynnsamma. Denna undersökning tyder på att spindynamiken i frustrerade magneter kan vara mer komplex och varierande än den i konventionella kirala magneter.

Resultaten publicerades online den 27 april i tidskriften Fysisk granskning B , i en artikel av Prof. Yan Zhou's Group från The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen (CUHKSZ), och fyra medarbetare från University of Tokyo, Japan, Shinshu University, Japan, University of New South Wales, Australien, och Sichuan Normal University, Kina.

"Tidigare studerade vi dynamiken hos skyrmioner i frustrerade spinnsystem med konkurrerande interaktioner, " säger Dr Xichao Zhang, en postdoktor vid CUHKSZ, och studiens första författare. "Nu, vi tänker på andra topologiska spinntexturer. Bimeron är en topologisk motsvarighet till skyrmion, och den bär också en heltalstopologisk laddning. Verkligen, i det här arbetet fann vi numeriskt att frustrerade bimeroner har några nya funktioner för dynamik. Till exempel, den kan drivas till antingen linjär rörelse eller rotation."

"Bimeroner kan fungera som topologiskt skyddade informationsbitar i magnetiserade system i planet. Fördelen med frustrerade ferromagnetiska filmer i planet är att de kan vara värd för stabila bimeroner med olika topologiska laddningar, vilket möjliggör mer avancerade logiska operationer i dessa system, " förklarar Dr Oleg A. Tretiakov, universitetslektor vid University of New South Wales, och medförfattaren till denna studie.

"Både skyrmioner och bimeroner kan användas som icke-flyktiga informationsbärare, så det är värt att studera de statiska och dynamiska egenskaperna hos dessa topologiska spinntexturer i olika magnetiska system, som kommer att vara till hjälp för designen av framtida spintroniska enheter baserade på dem, " förklarar Dr Yan Zhou, docent i CUHKSZ, och motsvarande författare till studien.