En begränsning av den typ av material som kan vara värd för magnetiska virvlar i nanoskala som kallas skyrmioner har hävts av experimentalister på RIKEN. Detta kommer att avsevärt utöka utbudet av material som skyrmioner kan skapas i, vilket gör dem ännu mer attraktiva för användning i lågeffektsdatalagringsenheter.

Upptäcktes först för lite över ett decennium sedan, skyrmioner är mycket lovande för användning i lågeffekt, högdensitetslagring och överföring av data. De tilldrar sig ett ökande intresse, och det finns förutsägelser att de första skyrmionbaserade kommersiella enheterna kommer att börja dyka upp om cirka tio år.

Dock, tills nyligen, skyrmioner hade endast observerats vid gränssnitt och i en speciell klass av material vars kristallstrukturer saknade ett centrum av symmetri. Förra året, ett team som leds av RIKEN lyckades skapa dem i ett material som hade ett centrum för symmetri, öka utbudet av material som kan hysa skyrmioner. De kunde göra detta eftersom deras material hade en egenskap som kallas geometrisk frustration, där geometrin hos ett material hindrar systemet från att anta lägsta möjliga energitillstånd vid låga temperaturer.

Nu, Shinichiro Seki och Nguyen Duy Khanh från RIKEN Center for Emergent Matter Science och deras medarbetare har gått ett steg längre och visat att skyrmioner kan skapas även i centrosymmetriska material som saknar geometrisk frustration. De skapade en kvadratisk uppsättning skyrmioner som är mindre än 2 nanometer i diameter - de minsta skyrmioner som har skapats hittills i ett enda material - i den centrosymmetriska tetragonala magneten GdRu2Si2.

Den här demonstrationen utökar utbudet av material som skyrmions kan vara värd i ännu mer. "Sällsynta jordartsmetaller är en mycket bred klass av material, " säger Nguyen. "Vårt fynd betyder att skyrmioner kan skapas i många föreningar – de är inte längre begränsade till en mycket begränsad materialklass."

Eftersom geometrisk frustration bara inträder vid mycket låga temperaturer, upptäckten att det inte behövs för att generera skyrmioner ökar möjligheten att de kan bildas vid rumstemperatur, vilket kommer att vara ett enormt lyft för deras användning i applikationer. "Vi letar nu efter ett nytt system som har en magnetisk beställningstemperatur nära rumstemperatur eller till och med över, säger Nguyen.

Efter ett slumpmässigt möte på en konferens förra året, teamet har samarbetat med teoretiker vid University of Tokyo för att avslöja mekanismen som gör att skyrmioner kan skapas utan geometrisk frustration. "Vi blev mycket förvånade över att höra att de arbetar med problemet och att deras teoretiska resultat stämmer mycket väl överens med våra experimentella resultat, " konstaterar Nguyen.