Atomer i magnetiska material är organiserade i regioner som kallas magnetiska domäner. Inom varje domän har elektronerna samma magnetiska orientering. Det betyder att deras snurr pekar i samma riktning. "Väggar" separerar de magnetiska domänerna. En typ av vägg har rotationsrotationer som är vänster- eller högerhänta, kända som att de har kiralitet. När de utsätts för ett magnetiskt fält närmar sig kirala domänväggar varandra, vilket krymper de magnetiska domänerna.

Forskare har utvecklat ett magnetiskt material vars tjocklek avgör om kirala domänväggar har samma eller omväxlande handenhet. I det senare fallet leder applicering av ett magnetfält till förintelse av kolliderande domänväggar. Forskarna kombinerade neutronspridning och elektronmikroskopi för att karakterisera dessa interna, mikroskopiska egenskaper, vilket ledde till bättre förståelse av det magnetiska beteendet.

Ett framväxande teknikområde som kallas spintronik involverar bearbetning och lagring av information genom att utnyttja en elektrons spinn istället för dess laddning. Möjligheten att kontrollera denna grundläggande egenskap kan låsa upp nya möjligheter för att utveckla elektroniska enheter. Jämfört med nuvarande teknik kan dessa enheter lagra mer information på mindre utrymme och arbeta i högre hastigheter med mindre energiförbrukning.

Publicerad i Nano Letters , visar denna studie ett sätt att ändra rotationsriktningen och förekomsten av domänväggspar. Detta antyder en potentiell väg för att kontrollera domänväggars egenskaper och rörelse. Resultaten kan få konsekvenser för teknologier baserade på spintronik.

Möjligheten att manipulera domänväggsrörelse har förblivit en utmaning eftersom typiska magnetiska domäner kan slumpmässigt byta orientering. Dessutom flyttas domängränser oförutsägbart när domänstorlekar reduceras för att tillgodose högre informationslagringstäthet. Emellertid har en klass av material som kallas kirala magneter visat potential för att mildra slumpmässigt domänväggsbeteende. Detta beror på att kirala magneter uppvisar invecklade spinnstrukturer, vilket hjälper till att minska den slumpmässiga omkastningen av domäner.

Forskare från Indiana University–Purdue University Indianapolis, Oak Ridge National Laboratory, Louisiana State University, Norfolk State University, Peter Grünberg Institute och University of Louisiana i Lafayette utvecklade ett kiralt magnetiskt material genom att infoga manganatomer mellan hexagonala lager av niobdisulfidföreningar . Genom att utföra neutronexperiment vid High Flux Isotope Reactor (HFIR) kunde teamet analysera materialets magnetiska nanostruktur när det utsätts för olika temperaturer och magnetfält.

Dessa mätningar kombinerades med karakterisering via Lorentz transmissionselektronmikroskopi, vilket möjliggör en mer fullständig förståelse av det magnetiska beteendet. Teamets data tyder på att förändring av tjockleken på den kirala magneten kan få vissa domänväggpar att rotera i motsatta riktningar, kända som att ha motsatt kiralitet. Vidare fann forskarna att domänväggar med motsatt kiralitet kommer att röra sig mot varandra och förintas när de utsätts för ett externt magnetfält. Fynden kan ge information om framtida forskning om kontroll av magnetiska egenskaper för tekniska tillämpningar. + Utforska vidare

Hastigheten för magnetiska domänväggar visade sig vara fundamentalt begränsad