Materie gedraagt ​​zich anders als ze klein is. Op nanoschaal is elektrische stroom snijdt door bergen deeltjes, ze draaien in vortexen die opzettelijk kunnen worden gebruikt in kwantumcomputers. De deeltjes rangschikken zichzelf in een topologische kaart, maar de lijnen vervagen als elektronen samensmelten tot niet te onderscheiden quasideeltjes met verschuivende eigenschappen. De truc is om te leren omgaan met dergelijke veranderlijke materialen.

Voor de eerste keer, onderzoekers hebben dit proces microscopisch bekeken. Het internationale team heeft nu hun resultaten op 11 juli gepubliceerd, 2019 in Communicatie Fysica , een Natuur logboek.

In bepaalde geleidende materialen, zoals mangaansilicium (MnSi), de quasideeltjes kunnen zich ophopen tot een magnetisch skyrmion met een vortex-achtige vorm en beweging. Het skyrmion creëert een rooster van verbindingspunten in het MnSi-kristal.

"Magnetische skyrmionen hebben belangstelling getrokken vanwege het potentieel voor spintronica-toepassingen, " zei Taku Sato, studie auteur en professor aan het Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials aan de Tohoku University.

Spintronica verwijst naar theoretische elektronica die niet alleen afhankelijk is van de laadtoestand van een stroom, maar ook over de eigenschappen van elektronen om kwantuminformatie over te dragen en op te slaan.

"De eerste stap om dergelijke spintronische toepassingen van skyrmionen te realiseren, kan elektrische stroomregeling van skyrmion-stroom zijn, " zei Sato. "Eens gemaakt, het skyrmion kan bijna nooit worden vernietigd. Het koppelt ook sterk aan elektrische stroom, wat betekent dat er heel weinig stroom nodig is om het systeem te verplaatsen."

Om te begrijpen hoe elektrische stroom de magnetische skyrmion-veranderingen onder een elektrische stroom beïnvloedt, de onderzoekers gebruikten een methode die neutronenverstrooiing met een kleine hoek wordt genoemd. Ze dreven een neutronenbundel door een MnSi-kristal, waardoor de skyrmion-deeltjes reageren - de neutronen verspreiden zich letterlijk tegen en rond de componenten van het skyrmion-systeem. Hoe ze verstrooien, vertelt de onderzoekers over het systeem.

In dit geval, zagen de onderzoekers dat de roosterstructuur van het skyrmion vervormd was, waardoor de vortexbeweging van het skyrmion verandert. Ze zagen ook dat de randen van het skyrmion aanzienlijk waren verstoord, bijna alsof het tegen zichzelf aandrong. Sato schrijft dit toe aan wat hij 'vastgezette randen' noemde. Het skyrmion zou tegen zijn uiterste grenzen kunnen duwen, wrijving veroorzaken.

"Zo'n wrijvingseffect is tot nu toe niet gemeld voor zover we weten, "Zei Sato. "Het is fundamentele belangrijke informatie voor het realistische ontwerp van spintronica-apparaten met behulp van magnetische sykrmions."

Sato en zijn team zijn van plan om de dynamiek van magnetische skyrmionen verder te onderzoeken met het uiteindelijke doel om spintronische apparaten te ontwikkelen.