科學家尋找Skymion現象失敗,但卻發現奇怪磁串珠項鏈

據外媒報道,正在尋找一種罕見的磁自旋結構的物理學家發現了另一種隱藏在超薄磁性薄膜結構中具有其特徵的物體,他們稱之為不相稱自旋晶體。英國華威大學的一個研究小組在《Nature Communications》上報道了這一發現,這可能為計算機記憶和存儲等技術提供新的可能性。

科學家尋找Skymion現象失敗,但卻發現奇怪磁串珠項鏈

研究人員最初打算尋找Skyrmion,這是一種旋轉的磁自旋結構,理論上存在於特定的磁性材料中。由於其獨特的特性和新一代節能數據存儲的潛力,物理學家對此非常感興趣。為了找到它們,科學家們尋找霍爾效應的異常行為,這就導致電子在通過導電材料時表現出不同的行為並用電阻率來進行測量。

科學家尋找Skymion現象失敗,但卻發現奇怪磁串珠項鏈

為了誘導這種效應,研究小組將鐵電體材料、鈦酸鉛的極薄薄膜跟另一種鐵磁體、鍶酸鹽薄膜結合在一起製作了樣品。這些層在原子層面上是平坦的,只有5到6個單元(3納米)厚。

科學家尋找Skymion現象失敗,但卻發現奇怪磁串珠項鏈

鐵電層產生的電場扭曲了鐵磁體的原子結構從而打破了它的對稱性。研究人員通過使用原子精密電子顯微鏡測量了這種對稱性破壞,同時也能單獨測量材料的電阻率並確認了類似於拓撲霍爾效應的特徵的存在,這是對Skymion的預期。

然後研究人員使用磁力顯微鏡檢查了材料原子結構的拓撲結構,其形成了一個基於矩形的晶格,而非像他們預期的六邊形。在這個晶格中是磁疇,在磁疇中,Skyrmion會被發現為獨立、孤立的粒子。相反,這些區域更像是一串或項鏈上的珠子,這些珠子永遠不會形成一個完全的圓形。

該研究的論文首席作者Sam Seddon表示:「一旦你仔細檢查這些圖像,你會意識到,實際上,這根本不像一個Skyrmion。」

科學家尋找Skymion現象失敗,但卻發現奇怪磁串珠項鏈

「一個Skymion會產生它自己復雜的霍爾效應,當觀察到類似效果時,它通常會被認為是Skymion的簽名。我們發現了一個非常有序的疇結構,就像Skymion晶格的形成一樣,但它們只是手性的且沒有拓撲保護。通過真實空間成像的證據表明,你不需要一個拓撲域就能產生這種霍爾效應。」

鐵電材料和鐵磁材料是計算機存儲和存儲等技術的重要組成部分。如由於堅固性和在極端溫度下工作的能力,跟鈦酸鉛非常相似的材料經常被用於汽車電子系統的計算機記憶體。

來自華威大學的論文合著者Marin Alexe教授表示「人們對鐵電材料和鐵磁材料之間的這種界面很感興趣,如用於新型計算機記憶體。由於鐵電極化可以永久轉換,這就改變了鐵磁體中的量子效應,這可能會給我們下一個量子計算機的材料方向。這將需要在極端溫度下工作的穩定材料,它們低功耗、可以存儲信息很長一段時間,因此所有的成分都在這里。拓撲學是某些數學概念在現實生活中的轉化,現在是物理學新發現的核心。在華威大學,我們有一個非凡和先進的基礎設施,使我們能從理論角度解決問題、觀察原子結構、直到在極端溫度和場特別是磁場下研究功能屬性。我們能為工程師開發新技術提供基礎。」

來源:cnBeta