Topologische spintexturen in magnetische systemen met uitwisselingsfrustratie, zoals skyrmionen en bimeronen, kan niet-triviale topologie en exotische dynamiek vertonen.

In een recent werk uitgevoerd door een internationaal onderzoeksteam uit China, Japan, en Australië, de auteurs bestuderen theoretisch de statische en dynamische eigenschappen van topologisch niet-triviale bimeronen in een ferromagnetische monolaag met uitwisselingsfrustratie en magnetische anisotropie in het vlak.

Ze ontdekken dat de bimeron een rijke dynamiek vertoont die wordt veroorzaakt door draai-orbit-koppels, die afhankelijk zijn van de opzet van de aandrijfstroom en de topologie van bimeron. Ze tonen computationeel aan dat gefrustreerde bimerons kunnen worden samengevoegd op een manier die het behoud van de topologie respecteert. In analogie met de kernfysica, gefrustreerde bimerons met hogere topologische ladingen zijn energetisch gunstiger. Dit onderzoek suggereert dat de spindynamiek in gefrustreerde magneten complexer en diverser kan zijn dan die in conventionele chirale magneten.

De resultaten zijn op 27 april online gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling B , in een paper van Prof. Yan Zhou's Group van The Chinese University of Hong Kong, Shenzhen (CUHKSZ), en vier medewerkers van de Universiteit van Tokyo, Japan, Shinshu-universiteit, Japan, de Universiteit van New South Wales, Australië, en Sichuan Normal University, China.

"Eerder bestudeerden we de dynamiek van skyrmionen in gefrustreerde spinsystemen met concurrerende interacties, " zegt Dr. Xichao Zhang, een postdoctoraal onderzoeker bij CUHKSZ, en de eerste auteur van de studie. "Nutsvoorzieningen, we denken aan andere topologische spintexturen. Bimeron is een topologische tegenhanger van skyrmion, en het draagt ​​ook een integere topologische lading. Inderdaad, in dit werk hebben we numeriek vastgesteld dat gefrustreerde bimerons een aantal nieuwe dynamische eigenschappen hebben. Bijvoorbeeld, het kan zowel in lineaire beweging als in rotatie worden gedreven."

"Bimeronen kunnen dienen als topologisch beschermde stukjes informatie in gemagnetiseerde systemen in het vlak. Het voordeel van gefrustreerde ferromagnetische films in het vlak is dat ze stabiele bimerons met verschillende topologische ladingen kunnen herbergen, waardoor meer geavanceerde logische bewerkingen in deze systemen mogelijk zijn, " legt Dr. Oleg A. Tretiakov uit, hoofddocent aan de Universiteit van New South Wales, en de co-auteur van deze studie.

"Zowel skyrmionen als bimeronen kunnen worden gebruikt als niet-vluchtige informatiedragers, het is dus de moeite waard om de statische en dynamische eigenschappen van deze topologische spintexturen in verschillende magnetische systemen te bestuderen, die nuttig zal zijn voor het ontwerp van toekomstige spintronische apparaten op basis daarvan, " legt Dr. Yan Zhou uit, universitair hoofddocent CUHKSZ, en de corresponderende auteur van de studie.