Автор AZoNano 8 марта 2021

]

Физики из RIKEN обнаружили, как взаимодействия между электронами обладают способностью стабилизировать повторяющееся расположение закрученных магнитных паттернов, называемых скирмионами, что может позволить использовать эти структуры в дальнейшем.

Электрон действует как миниатюрный магнит из-за своего спина. В случае скирмиона несколько таких вращений расположены в виде закрученного узора, напоминающего небольшой смерч. Скирмионы – это частицы, которые демонстрируют высокий потенциал переноса информации в совершенно новом поколении устройств хранения данных с низким энергопотреблением и высокой плотностью.

Скирмионы действуют так, как будто они являются дискретными частицами, и многочисленные скирмионы могут выстраиваться в регулярную сетку внутри некоторых типов материала. Однако среди ученых до сих пор ведутся споры о том, как формируются эти стабильные скирмионные решетки.

Юки Ясуи и его коллеги из Центра науки о возникающих веществах RIKEN попытались подробно изучить решетку скирмионов и проанализировали металлический материал, известный как силицид гадолиния-рутения (GdRu ₂ Si ₂ ]).

Магнитные свойства материала в основном возникают из-за электронов от атомов гадолиния, в то время как атомы рутения создают «странствующие» электроны, которые более подвижны.

Ранее исследователи обнаружили, что при приложении к материалу магнитного поля можно создать квадратную решетку из скирмионов, расположенных в виде сетки с интервалами около 2 нм.

В рамках нового исследования исследователи применили метод, известный как сканирующая туннельная микроскопия со спектроскопической визуализацией (SI-STM), чтобы исследовать блуждающие электроны в GdRu ₂ Si ₂ .

Материал был охлажден до -271 ° C, и был применен ряд магнитных полей для создания различных магнитных узоров.

Измерения SI-STM показали, что вариации в магнитных структурах материала отражаются в способе распределения блуждающих электронов.

Что наиболее важно, исследователи также наблюдали, как структура решетки скирмионов отпечатывается на перемещающихся электронах материала.

Это произошло из-за взаимодействия между спинами странствующих и локализованных электронов.

Команда предполагает, что эти взаимодействия могут сыграть решающую роль в формировании квадратной решетки скирмионов.

Предлагаемый механизм стабилизирует скирмионные решетки .

Юки Ясуи, Центр изучения новой материи, RIKEN

Кроме того, исследователи провели теоретические расчеты, основанные на взаимодействиях между странствующими и локализованными электронами, чтобы оценить, как странствующие электроны распределяются в материале в различных магнитных полях. Эти распределения были очень похожи на паттерны, наблюдаемые SI-STM, который поддерживает механизм, предложенный исследовательской группой.

Помимо подсказок, связанных со способом стабилизации решеток скирмионов, исследование также демонстрирует, что SI-STM может использоваться для косвенного мониторинга поведения скирмионов.

Это могло бы предоставить исследователям полезный инструмент для изучения решеток скирмионов в других материалах .

Юки Ясуи, Центр изучения новой материи, RIKEN

Ссылка на журнал:

Yasui, Y., и др. . (2020) Отображение связи между блуждающими электронами и локализованными моментами в центросимметричном скирмионном магните GdRu ₂ Si ₂ . Nature Communications . doi.org/10.1038/s41467-020-19751-4.

Источник: https://www.riken.jp/en[19459008visible