Forskare från Skoltech, Kungliga Tekniska Högskolan, och Uppsala universitet har förutspått förekomsten av antikiral ferromagnetism, en icke-trivial egenskap hos vissa magnetiska kristaller som öppnar dörren till en mängd nya magnetiska fenomen. Uppsatsen publicerades i tidskriften Fysisk granskning B .

Chiralitet, eller handenhet, är en extremt viktig grundläggande egenskap hos objekt inom många fysikområden, matematik, kemi och biologi; ett kiralt objekt kan inte läggas ovanpå sin spegelbild på något sätt. De enklaste kirala föremålen är mänskliga händer, därav själva termen. Motsatsen till kiral är akiral:en cirkel eller en kvadrat är enkla akirala objekt.

Chiralitet kan appliceras på mycket mer komplexa enheter; till exempel, konkurrerande interna interaktioner i ett magnetiskt system kan leda till uppkomsten av periodiska magnetiska texturer i strukturen som skiljer sig från deras spegelbilder – detta kallas kiral ferromagnetisk ordning. Kirala kristaller anses allmänt vara lovande kandidater för magnetisk datalagring och realisering av bearbetningsanordningar eftersom information kan kodas via deras icke-triviala magnetiska texturer.

Anastasia Pervishko, forskare vid Skoltech Center for Computational and Data-Intensive Science and Engineering (CDISE), och hennes kollegor använde symmetribaserad analys och numeriska beräkningar för att förutsäga förekomsten av antikiral ferromagnetism - en sorts ferromagnetisk ordning när båda typerna av kiralitet (handedness) existerar samtidigt och alternerar i rymden.

"I motsats till kirala och akirala texturer, vi förutsäger en fundamentalt annorlunda magnetisk ordning i tetraedriska ferromagneter. Vi använder termen "antikiralitet" för att belysa den spontana moduleringen av magnetiseringsriktningen med en rumslig kiralitetsväxling mellan höger- och vänsterhänthet inducerad av kristallsymmetri, " säger Pervishko.

Hon förklarar att kiraliteten i denna periodiska magnetiska textur växlar i rymden medan den genomsnittliga torsionsinvarianten är noll. "Man kan föreställa sig det som en magnetisk modulering där en del kännetecknas av högerhänthet och den andra av vänsterhänthet; som skiljer sig drastiskt från konventionella kirala texturer där handenhet bevaras, ", tillägger Pervishko.

Teamet visade att antikiral ferromagnetism kan observeras i en klass av kristaller där många mineraler bildas naturligt. Att göra detta, de studerade magnetisk ordning i strukturen med tetraedrisk kristallsymmetri och använde mikromagnetisk analys för att härleda denna nya antikirala ordning.

"Tack vare detta okonventionella grundtillstånd, den föreslagna magnetiska ordningen kan resultera i en rik familj av magnetiska fenomen inklusive unika magnetiska domäner och skyrmioner som skiljer sig fundamentalt från kirala texturer. Detta fynd utlöser ytterligare teoretiska och experimentella undersökningar av denna typ av magnetiska material, " avslutar Anastasia Pervishko.