Forskare vid U.S. Department of Energy's Ames Laboratory har upptäckt avslappningsdynamiken för ett nollfältstillstånd i skyrmions, ett snurrande magnetfenomen som har potentiella tillämpningar inom datalagring och spintronic -enheter.

Skyrmions är nanoskalavirvlar eller virvlar av magnetiska poler som bildar galler i ett magnetiskt material, en typ av kvasipartikel som kan bli dragkedja över materialet, drivs av elektrisk ström. Dessa egenskaper har fångat forskarnas fascination, som tror att fenomenet kan leda till nästa stora framsteg inom datalagring, gör digital teknik ännu snabbare och mindre.

Det finns några stora utmaningar att övervinna, dock. Fram till nyligen var skyrmions ett fenomen som bara observerades vid extremt låg temperatur. Också, yttre magnetiska krafter gör dem för närvarande opraktiska för applikationer.

"För att vara riktigt användbar i en enhet, dessa magnetiska virvlar måste kunna existera utan 'hjälp' av ett externt magnetfält, "sade Lin Zhou, en forskare vid Ames Laboratory's Division of Materials Sciences and Engineering.

Med det i åtanke, hon och andra forskare vid Ames Laboratory undersökte FeGe, ett magnetiskt järn-germaniummaterial som har visat skyrmions i de högsta temperaturområdena hittills i kristaller med liknande, eller B20 -struktur.

Ames Lab -forskare med externa samarbetspartners kunde etablera ett skyrmiongitter i ett prov genom exponering för magnetfält och superkylning med flytande kväve. Med en högupplöst mikroskopimetod som kallas Lorentz transmissionselektronmikroskopi (L-TEM), laget kunde observera skyrmiongitteret i nollmagnetfält, och observera sedan skyrmionernas förfall när temperaturen värms. Denna direkta observation gav kritisk ny information om hur skyrmions beter sig och hur de återgår till ett 'normalt' (vad forskare kallar metastabilt) magnetiskt tillstånd.

"Vi har stabiliserat dessa skyrmions utan magnetfält, och våra mikroskopitekniker gjorde att vi verkligen kunde se hur virvlarna förändras med tiden, temperatur, och magnetfält; vi tror att det ger en mycket solid grund för teoretiker att bättre förstå detta fenomen, "Sa Zhou.

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "Relaxation Dynamics of Zero-Field Skyrmions över ett brett temperaturintervall, "författad av Licong Peng, Ying Zhang, Liqin Ke, Tae-Hoon Kim, Qiang Zheng, Jiaqiang Yan, X.-G. Zhang, Yang Gao, Shouguo Wang, Jianwang Cai, Boagen Shen, Robert J. McQueeney, Adam Kaminski, Matthew J. Kramer, och Lin Zhou; och publicerad i Nano bokstäver .