I en studie som nyligen publicerades i Naturens nanoteknik , en forskargrupp ledd av Prof. Du Haifeng och Dr. Tang Jin från High Magnetic Field Laboratory, Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS), rapporterade ett vetenskapligt genombrott efter att de hittade skyrmionbuntar, en ny familjemedlem av topologiska magnetiska strukturer.

Med hjälp av Lorentz transmissionselektronmikroskopi (Lorentz-TEM), forskargruppen klargjorde, för första gången, en typ av magnetiska kvasipartiklar med godtyckliga topologiska laddningar Q, och realiserade sedan ytterligare strömdriven dynamisk rörelse av skyrmionbuntar.

Skyrmion, en virvelliknande lokaliserad kiral topologisk magnetisk struktur, har en potential att vara den informationsbärare som används i framtida högpresterande spintronic-enheter. Den topologiska laddningen är en grundläggande parameter för magnetiska domäner och bestämmer deras topologirelaterade egenskaper. Bland de topologiska strukturerna inklusive skyrmioner, meroner, virvel, och skyrmionbubblor, de topologiska laddningarna är båda en eller mindre än en. Även om teorin har föreslagit "skyrmionpåsar" och "high-order skyrmions" som multi-Q topologiska magnetiska strukturer, deras experimentella observationer förblir svårfångade.

Med hjälp av 3D-mikromagnetisk simulering, forskargruppen föreslog en ny 3D multi-Q topologisk struktur, skyrmion bunt. Skyrmion-påsar finns kvar i det inre av sådana magnetiska föremål och förvandlas till multi-Q-skyrmioner av hög ordning runt ytan. Skyrmionbuntar verifierades sedan experimentellt av Lorentz-TEM genom att vända fälttecknet från initiala skyrmion-helix blandade faser. Deras strömdrivna dynamiska rörelser undersöktes också ytterligare genom magnetisk TEM-avbildning på plats. De fann kollektiva rörelser och topologiskt teckenberoende av Hall-sidoförskjutningar av skyrmionbuntar drivna av nanosekundspulsade strömmar.

Observation av skyrmionbuntar i denna studie utökar laddningen av topologiska magnetiska medlemmar från ett till godtyckliga heltalsvärden och försvinner mångfalden i topologiska magnetiska zoo. Skyrmion-buntar kan fungera som informationsbärare som appliceras i distinkta spintroniska enheter som multi-state-minne och informationssammankoppling och bör bana ett nytt område av topologisk spintronik.