Magnetiska nanovortiser, så kallade "skyrmions", räknas bland de mest lovande kandidaterna för informationsteknologins framtid. Processorer och lagringsmedier som använder dessa små strukturer kan en dag leda till ytterligare miniatyrisering av IT -enheter och förbättra deras energieffektivitet avsevärt. Material som har lämpliga virvlar kan särskilt identifieras genom sin topologiska laddning, en väsentlig egenskap hos skyrmions. Att bestämma denna egenskap experimentellt har hittills varit en mycket mödosam process. Fysiker från Jülich har nu lagt fram en enklare metod som kan påskynda screening av lämpliga material, med röntgen.

Det magnetiska momentet för en atom har två bidrag, snurrdelen, som uppstår genom inriktningen av elektronernas egenvridna vinkelmoment, och den orbitala delen, relaterad till elektronernas samordnade orbitalrörelse. Den förra är den dominerande källan till atomernas magnetiska ögonblick i ett fast ämne, medan den senare vanligtvis återfinns när spinn-omloppskoppling är aktiv. Dock, för några år sedan visade det sig att-även utan koppling i spindel-kan ett omloppsmoment vara ändligt. För att få det att hända, minst tre magnetatomer måste kombineras, bilda en trimer med en icke-kollinjär och icke-plan magnetisk struktur.

Ett team av teoretiska fysiker från Jülich Institute "Quantum Theory of Materials" (PGI-1/IAS-1) har nu analyserat effekten i detalj för sådana magnetiska trimerer, och undersökte konsekvenserna för skyrmions. Forskarna föreslår ett protokoll om hur man kan undersöka detta bidrag till orbitalmagnetismen, och vidare, hur man använder den för att upptäcka och skilja olika typer av skyrmions. "En av de viktigaste mängderna som kännetecknar skyrmion är den topologiska laddningen, även känd som "skyrmion -nummer" ", förklarar Dr Manuel dos Santos Dias, Postdoc i institutets Young Investigators Group "Functional Nanoscale Structure Probe and Simulation Laboratory" (Funsilab). "En direkt mätning av den topologiska laddningen har varit svår, eftersom det kräver en detaljerad karta över den tredimensionella magnetiska strukturen eller att hitta vissa signaturer i transportförsök. Därför, bara mycket få experiment har gjorts. Skyrmions med en rikare inre struktur har också väckt uppmärksamhet den senaste tiden, och vårt föreslagna protokoll möjliggör naturligtvis dess experimentella bestämning. "

Juni-prof. Samir Lounis, chef för Funsilab, tillägger:"Vi föreslår en spektroskopisk metod med hjälp av röntgenmagnetisk cirkulär dikroism för att mäta denna kvantitet snabbt och effektivt. Tekniken kan implementeras vid vilken som helst synkrotron som täcker den mjuka röntgenregimen."