Forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory har upptäckt att skyrmioner – en typ av kvasipartiklar med egenskaper som kan leda till nästa generations datalagring och överföring – reproducerar sig genom att delas på ett sätt som mycket liknar biologisk celldelning.

Skyrmioner är magnetiska virvlar i nanoskala, en typ av kvasipartiklar som drivs av ultralåg elektrisk ström. Som en kvasipartikel, de har ingen riktig massa, bildar ändå ett periodiskt mönster som mycket liknar det symmetriska arrangemanget av atomer inuti en kristall, eller kristallgitter.

"För att integrera skyrmioner i framtida enheter, vetenskapen måste ha en korrekt förståelse av deras bildningsmekanism", sa Lin Zhou, en vetenskapsman som använder banbrytande mikroskopitekniker för att mäta lokala magnetiska egenskaper i material vid Ames Laboratory's Sensitive Instrument Facility. "I denna forskning, vi bevisade direkt att skyrmionkristaller växer från en konisk magnetisk fas på samma sätt som riktiga nanokristaller växer från lösning."

Till skillnad från de riktiga kristallstrukturerna, dock, skyrmionerna kan förinta ofullkomligheter i gittermönstret genom att dela sig själv (liknar cellreproduktion), en sorts självläkningsprocess som aldrig tidigare har beskrivits.

För att förstå fysiken som styr tillväxtmekanismen som teamet observerade, forskarna kombinerade mikromagnetisk simulering med en strängmetod för att undersöka interaktionskraften och övergångsvägarna mellan olika spinntillstånd.

"Vi fann att det finns en konkurrenskraftig frånstötande och attraktiv interaktionskraft mellan skyrmioner i konfasen som styr den partikelliknande skyrmiongittertillväxten." sa Liqin Ke, en forskare vid Ames Laboratory. "Och, vi fann att den självdelande mekanismen är mer energiskt gynnsam än kärnbildning och tillväxt av en ny skyrmion inuti det defekta gittret."

Zhou sa att insikten kan leda till bättre kontroll och manipulation av skyrmioner, som kan hjälpa till att styra designen för högdensitet och energieffektiva datalagrings- och överföringsenheter.

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "Mekanismer för Skyrmion och Skyrmion kristallbildning från den koniska fasen, " publicerad i Nanobokstäver .