Ученые открыли новый физический феномен: сложные плетеные конструкции из скирмионов

0 416

Группа ученых из Германии, Швеции и Китая открыла новое физическое явление: сложные плетеные структуры, состоящие из крошечных магнитных вихрей, известных как скирмионы. Скирмионы были впервые обнаружены экспериментально чуть более десяти лет назад и с тех пор стали предметом многочисленных исследований, а также послужили возможной основой для инновационных концепций обработки информации, которые обеспечивают лучшую производительность и меньшее потребление энергии. Кроме того, скирмионы влияют на магниторезистивные и термодинамические свойства материала. Таким образом, открытие актуально как для прикладных, так и для фундаментальных исследований.

Веревки, нити и плетеные конструкции можно увидеть повсюду в повседневной жизни. Эти структуры также встречаются и в природе и могут, например, придавать растительным волокнам прочность на растяжение или изгиб. Теперь физики обнаружили, что такие структуры существуют в наномасштабе в сплавах железа и металлоидного германия.

Каждая из этих нанострунных лент состоит из нескольких скирмионов, скрученных вместе в большей или меньшей степени, как нити веревки. Каждый скирмион сам по себе состоит из магнитных моментов, которые направлены в разные стороны и вместе принимают форму удлиненного крошечного вихря.

Отдельная нить скирмиона имеет диаметр менее одного микрометра. Длина магнитных структур ограничена только толщиной образца; они простираются от одной поверхности образца к противоположной поверхности.

Более ранние исследования других ученых показали, что такие волокна в основном линейны и имеют почти стержневую форму. Однако микроскопические исследования сверхвысокого разрешения, проведенные в Центре Эрнста Руска выявили более разнообразную картину: на самом деле нити могут скручиваться вместе в разной степени. По словам исследователей, эти сложные формы стабилизируют магнитные структуры, что делает их особенно интересными для использования в различных приложениях.

Смоделированные модели шести скирмионов при разной напряженности магнитного поля.
Смоделированные модели шести скирмионов при разной напряженности магнитного поля.

«Математика содержит множество таких структур. Теперь мы знаем, что эти теоретические знания можно воплотить в реальных физических явлениях», — говорят ученые. «Эти типы структур внутри магнитных тел обладают уникальными электрическими и магнитными свойствами. Однако для подтверждения этого необходимы дальнейшие исследования».

Чтобы объяснить расхождение между этим исследованием и предыдущими, ученые указывают, что анализы с использованием электронного микроскопа сверхвысокого разрешения не просто предоставляют изображение образца, как, например, в случае оптического микроскопа. Это связано с тем, что квантово-механические явления вступают в игру, когда высокой энергии взаимодействуют с электронами в образце.

«Вполне возможно, что другие исследователи тоже видели эти структуры под микроскопом, но не смогли их интерпретировать. Это связано с тем, что по полученным данным невозможно напрямую определить распределение направлений намагниченности в образце. Вместо этого необходимо создать теоретическую модель образца и сгенерировать из нее своего рода электронно-микроскопическое изображение», — говорит Николай Киселев, один из авторов работы.

«Если теоретические и экспериментальные изображения совпадают, можно сделать вывод, что модель способна отображать реальность».

Исследование было опубликовано в Nature Communications.

Войти с помощью: 
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
0
Будем рады вашим мыслям, пожалуйста, прокомментируйте.x
()
x