Cu ₂ OSeO ₃ is een materiaal met ongebruikelijke magnetische eigenschappen. Magnetische spinwervels, bekend als skyrmionen, worden gevormd binnen een bepaald temperatuurbereik in aanwezigheid van een klein extern magnetisch veld. Momenteel, matig lage temperaturen van ongeveer 60 Kelvin (-213 graden Celsius) zijn nodig om hun fase te stabiliseren, maar het lijkt mogelijk om dit temperatuurbereik te verschuiven naar kamertemperatuur. Het opwindende van skyrmionen is dat ze heel gemakkelijk in beweging kunnen worden gezet en bestuurd, en biedt daarmee nieuwe mogelijkheden om de energie die nodig is voor gegevensverwerking te verminderen.

Theoretisch werk had voorspeld dat het mogelijk zou moeten zijn om een ​​hoogfrequent elektrisch veld te gebruiken om een ​​groep skyrmionen in het monster te exciteren, zodat hun kernen allemaal samen zullen roteren, synchroon als een vissenzwerm, met de klok mee of tegen de klok in, of als alternatief kunnen ze zelfs een "ademende" beweging vertonen.

Nu is een team erin geslaagd om de dynamiek van deze skyrmionen voor het eerst in detail te meten met behulp van een enkelkristalmonster van Cu ₂ OSeO ₃ . "Conventionele laboratoriummethoden zoals ferromagnetische resonantie, kunnen de afbuiging van de spins in de skyrmion-fase niet direct detecteren en zijn daarom niet geschikt om selectief hun excitaties waar te nemen. Daarom, we moesten iets nieuws bedenken, " legt prof. Christian Back uit, van de Technische Universiteit van München.

Het team slaagde er bij BESSY II in om een ​​spin-oplossende methode te combineren met een extern microgolfveld. "De resonante magnetische verstrooiingstechniek in combinatie met magnetische vectoriële externe velden laat zien waar de spins zich in het rooster bevinden en hoe ze in de ruimte zijn georiënteerd, en al deze voor elke elementaire spinsoort die in het specimen kan bestaan, " legt Dr. Florin Radu uit, in het Helmholtz-Zentrum Berlijn (HZB), een natuurkundige die in samenwerking met partners van de Universität Regensburg het VEKMAG-eindstation heeft ontwikkeld en opgezet, Ruhr Universiteit Bochum, en Freie Universität Berlin. De bouw en verdere ontwikkeling van het VEKMAG-station worden ondersteund door het Duitse federale ministerie van Onderwijs en Onderzoek (BMBF) en HZB.

Met behulp van elektrisch veld geïnduceerde ferromagnetische resonantie-excitatie en het opnemen van de röntgenintensiteit van een zogenaamde Bragg-piek, de onderzoeksgroep toonde voor het eerst experimenteel aan dat alle drie de karakteristieke oscillatiemodi voorkomen in Cu ₂ OSeO ₃ -het team zag magnetische skyrmionen met de klok mee draaien, tegen de klok in, en uitzetten en samentrekken ("ademhalingsmodus"). Die modi kunnen worden geschakeld en omgedraaid door de frequentie van het microgolfveld te veranderen:elke dynamische modus wordt bereikt voor een bepaalde frequentie, die verder afhangt van het externe magnetische veld en van andere intrinsieke parameters van het monster. "Dit is een eerste stap naar fasespecifieke karakterisering van de gyrationele beweging van gecontroleerde skyrmion, ' zegt Radoe.