Zoals barista's prachtige spiralen van romig schuim creëren op de warme oppervlakken van lattes, onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) hebben een manier gevonden om de creatie van speciale gestructureerde oppervlakken in magnetisch geordende materialen te beheersen.

Terwijl een barista fysiek melk draait om schuim te maken voor een latte, Onderzoekers van Argonne onderzochten nieuwe regio's met magnetische spins. Deze regio's, bekend als skyrmionen of antiskyrmionen, hebben geen netto elektrische lading, maar hebben wel wat wetenschappers een "topologische lading, " wat betekent dat ze kunnen worden gebruikt om informatie op te slaan.

"Mensen hebben eerder skyrmions gemaakt, " zei Argonne Distinguished Fellow Amanda Petford-Long, een auteur van de studie. "Maar al het onderzoek dat tot nu toe is gedaan, had betrekking op hun spontane vorming. Wat nieuw is, is dat we nu kunnen bepalen waar ze in een materiaal voorkomen."

Om hun skyrmions en antiskyrmions te creëren, de onderzoekers gebruikten een gefocusseerde ionenstraal, die in wezen het oppervlak van lagen platina en kobalt bombardeerde met galliumionen. "Je kunt het bijna zien als een chef-kok die een brulee fakkel gebruikt, maar in plaats van warmte gebruiken we een ander materiaal, " zei Argonne materiaalwetenschapper Charudatta Phatak, een hoofdauteur van de studie.

Hoe de onderzoekers besloten om de ionenstraal op het oppervlak te verplaatsen, had een dramatische invloed op het soort structuren dat daaruit voortkwam. Eerst, ze probeerden een methode die bekend staat als "raster scanning, " waarbij de straal verticaal of horizontaal heen en weer moest worden bewogen. Dit leverde niet de gewenste skyrmionen of antiskyrmionen op.

Eventueel, het team kwam op het idee om de straal in een spiraal te verplaatsen, ofwel beginnend vanuit het midden en naar buiten werkend of vanaf de randen en naar het midden toe bewegend. In het eerste geval, dit leverde een zeer mooi gedefinieerd skyrmion op; in het tweede geval de onderzoekers ontdekten dat de binnenwaartse spiraal een antiskyrmion produceerde. "Voor zover wij weten, dit is de eerste keer dat een kunstmatig antiskyrmion is gerealiseerd door middel van experiment, ' zei Phatak.

Omdat deze methode skyrmionen en antiskyrmionen creëert die gefixeerd zijn, toekomstig onderzoek zou deze vooruitgang kunnen gebruiken om een ​​soort "flipperkast" voor elektronen te creëren die de ingeprente magnetische spins in de skyrmion-gebieden zou gebruiken om de elektronenbeweging te sturen.

"Wat echt opwindend is, is het vermogen om de interacties van deze structuren te bestuderen, " Petford-Long zei. "Ons onderzoek opent veel nieuwe mogelijkheden voor het verkennen van nieuwe fundamentele fysica, omdat we door het gebruik van de ionenbundel skyrmionen en skyrmion-achtige structuren kunnen maken met verschillende afmetingen, variërend van nanometers tot microns."

Een paper gebaseerd op de studie, "Creatie van kunstmatige skyrmionen en antiskyrmionen door anisotropie-engineering, " verscheen in Wetenschappelijke rapporten op 10 augustus, 2016.