Högförstorade bilder av nanomagnetiska kluster. (a) och (b) är bilder där fokus har flyttats från exakt fokus till, respektive, minussidan och plussidan. (c) är en karta över magnetiseringsfördelningen i planet bestämt från (a) och (b). Fördelningen och densiteten av färger representerar riktningen och styrkan, respektive, av magnetiseringen i planet (se infoga bilden nere till höger). Riktningen och storleken på pilarna representerar också magnetiseringens riktning och styrka i planet, respektive. (d) och (e) visar olika magnetklusters svar på ett externt magnetfält (B). Riktningen för det externa magnetfältet är från framsidan av sidan till baksidan. Den raka gröna linjen uppe till höger på (e) är en falsk bild gjord av kanten på provet.
Forskare från National Institute of Materials Science (NIMS) har använt Lorentz elektronmikroskopi för att visa att magnetiska skyrmioner spontant bildas som nanomagnetiska kluster i en ferromagnetisk manganoxid med centrosymmetri.
De nyligen upptäckta magnetiska virvelstrukturerna kända som magnetiska skyrmioner har visat sig ha mycket intressanta och aldrig tidigare skådade egenskaper, som en mycket stor onormal Hall-effekt och skyrmionrörelse under ultralågdensitetsströmmar. De har väckt förhoppningar om deras tillämpning som nya magnetiska element. Bildandet av skyrmioner tros kräva applicering av ett magnetfält på en magnet som inte har centrosymmetri.
Dock, det har nu visat sig för första gången genom direkt observation med Lorentz elektronmikroskopi att nanomagnetiska kluster spontant bildar skyrmionstrukturer även i ferromagnetiska manganoxider där kristallstrukturerna har centrosymmetri. Detta resultat antyder möjligheten att skyrmionstrukturer kan bildas även i nanomagnetiska kluster och nanopartiklar av olika ferromagneter som inte uppfyller de villkor som konventionellt anses nödvändiga.
Skyrmionerna som observerats i denna forskning indikerar ett fenomen där den magnetiska virveln upprepade gånger inverterar mellan medurs och moturs vid en viss temperatur på grund av termiska fluktuationer. Det hittades också, dessutom, att när två skyrmioner kommer nära varandra, de inverterar till samma virvelriktning i synk med varandra. Detta resultat verkar ge ny kunskap för utvecklingen av magnetiska element med hjälp av interaktionen mellan skyrmioner.
Resultatet pekar också på en metod för att bestämma den energi som behövs för att invertera den magnetiska virveln hos individuella nanomagnetiska kluster genom Lorentz-elektronmikroskopobservation. Denna metod skulle potentiellt kunna tillämpas brett med nanomagneter och nanomagnetiska enheter för vilka det är svårt att bestämma energin som krävs för magnetisk invertering genom vanlig mätning.
Resultaten tillkännagavs i förhandsupplagan av den brittiska vetenskapliga tidskriften Naturens nanoteknik den 29 april, 2013.
