"Topologiska defekter" bildas när symmetrin hos ett magnetiskt material störs. Domänväggar (DW) är en typ av topologisk defekt som separerar regioner med olika magnetiska orienteringar. Ett mycket studerat fenomen, manipulering av dessa defekter har potentiella applikationer i högpresterande minneslagringsenheter, energibearbetningsanordningar, och kvantberäkning.

Nyligen, möjligheten för andra topologiska defekter inbäddade i eller kombinerade med DW har fått uppmärksamhet för deras potentiella tillämpningar inom olika fysikområden. Några exempel på dessa "defekter inom defekter" är DW-skyrmioner och DW-bimeroner. Även om teoretiska modeller har stött förekomsten av dessa defekter, de har inte tidigare observerats experimentellt.

I en ny studie publicerad i Naturkommunikation , Docent Masahiro Nagao från Nagoya University, Japan, och hans kollegor använde Lorentz transmissionselektronmikroskopi (LTEM) för att visualisera dessa defekter. De kunde göra det genom att passera elektroner och observera deras avböjningar genom en tunn magnetisk film. De topologiska defekterna observerades som kontrasterande par av ljusa och mörka områden. Med denna teknik, laget avbildade topologiska defekter i en kiral magnetisk tunn film gjord av kobolt, zink, och mangan.

Initialt, forskarna observerade en enda DW -defekt när filmen inte magnetiserades. Vid magnetisering av filmen genom att passera ett magnetfält vinkelrätt mot den, de kunde observera utvecklingen av två typer av DW. De konventionella DW:erna betraktades som svarta linjer, medan kedjor av DW -bimeroner sågs som ljusa elliptiska prickar på LTEM -bilderna. Dessa två typer av DW dök upp alternativt och i par. Forskarna noterade att dessa DWs ökade när magnetfältets styrka ökades och slutligen försvann efter att en viss tröskel uppnåtts. För att bekräfta deras upptäckt, forskarna använde transporten av intensitetsekvationen för att erhålla de magnetiska fördelningarna som avslöjade motsatta magnetiseringar på båda sidor av kedjan av DW, bekräftar att de är DW -bimeroner.

Forskarna föreslog en förklaring av dessa defekter och deras bildningsmekanism. Nagao säger, "I våra kiralmagnet tunna filmer, vi visar kedjade och isolerade bimeroner som spelar rollen som respektive bundna till DW:er, som realiseras av inte bara magnetisk anisotropikomponent i planet utan också kombinationen av Dzyaloshinskii-Moriya-interaktion, magnetisk anisotropi utan plan, dipolär interaktion, och Zeeman-effekten."

Teamets resultat belyser topologiska defekter i kirala magneter och har konsekvenser inom fysikområden relaterade till topologi, allt från kosmologiska längdskalor till kondenserad materia.