Magnetische skyrmionen zijn magnetische wervelingen die kunnen leiden tot nieuwe oplossingen die een laag energieverbruik combineren met snelle rekenkracht en gegevensopslag met hoge dichtheid, een revolutie teweegbrengen in de informatietechnologie. Een team van de TU Delft, in samenwerking met de Rijksuniversiteit Groningen en de Universiteit van Hiroshima, heeft een nieuwe ontdekt, onverwachte magnetische staat, die gerelateerd is aan deze skyrmions. De bevindingen openen nieuwe manieren om complexe magnetische structuren te creëren en te manipuleren met het oog op toekomstige IT-toepassingen.

Een magnetisch skyrmion is een quasideeltje, een magnetische werveling, die, eenmaal gemaakt, is zeer stabiel en kan niet instorten. Bovendien, skyrmionen zijn klein en kunnen bijna ongehinderd door materialen reizen, net zoals tsunami's door de oceanen reizen. Deze unieke eigenschappen maken skyrmions veelbelovende bouwstenen voor groene IT-toepassingen, zoals harde schijven met een hoge dichtheid zonder bewegende delen. Sinds hun eerste ontdekking bijna 10 jaar geleden, skyrmions zijn alomtegenwoordig gebleken. In recente jaren, natuurkundigen hebben nieuwe soorten skyrmionen ontdekt, evenals nieuwe materiële klassen die skyrmions hosten. Echter, al deze systemen vertonen hetzelfde generieke gedrag, die daarom als universeel werd aangenomen.

Nutsvoorzieningen, echter, een internationale samenwerking van experimentele en theoretische natuurkundigen onder leiding van de Technische Universiteit Delft heeft een geheel nieuwe toestand ontdekt die niet past in het universele schema en kan worden gebruikt om skyrmionen te manipuleren. "Deze toestand verschijnt onder invloed van hoge magnetische velden en lage temperaturen, " zei Katia Pappas van de TU Delft. "Niemand, inclusief ons, had verwacht het daar te vinden."

De onderzoekers verkregen experimentele bevestiging voor deze nieuwe fase door het gebruik van neutronenverstrooiing, magnetisatie en AC magnetische gevoeligheidsmetingen. Kleine hoek neutronenverstrooiing, eerst in het Laboratoire Léon Brillouin, Frankrijk, en ten slotte in het Oak Ridge National Laboratory, in Amerika, leverde het cruciale bewijs. Het onthulde een verandering in de microscopische structuur wanneer magnetische spiralen die langs een magnetisch veld zijn uitgelijnd, ervan wegdrijven wanneer het magnetische veld toeneemt. "Dit is onverwacht, zei Pappas. 'Het is alsof een bal die op de grond ligt begint te zweven wanneer zijn massa of de zwaartekracht toeneemt.'

De theoretische verklaring van dit verrassende resultaat, verzorgd door de groepen Hiroshima en Groningen, is gebaseerd op de sterke gevoeligheid van de magnetische spiralen voor zwakke interacties van relativistische oorsprong. Dus, een kleine verandering in de balans van relatief zwakke interacties kan grote gevolgen hebben voor de magnetische eigenschappen van deze chirale magneten.

De bevindingen, die zijn gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , nieuwe manieren openen om complexe magnetische structuren te creëren en te manipuleren en deze structuren te gebruiken voor groene IT-toepassingen.