Topologische spintexturen in magnetische systemen zijn intrigerende objecten die exotische fysica vertonen en potentiële toepassingen hebben in informatieopslag en -verwerking. De meest fundamentele en voorbeeldige topologische spintextuur wordt het skyrmion genoemd, dat is een cirkelvormige domeinwand op nanoschaal met een topologische lading die niet gelijk is aan nul. De skyrmion-textuur in magnetische materialen werd eind jaren tachtig theoretisch voorspeld, en het werd tien jaar geleden experimenteel waargenomen in chirale magneten. Sinds de eerste waarneming van magnetische skyrmionen, de skyrmion-gemeenschap heeft zich gericht op een reeks topologische spin-texturen die zijn geëvolueerd uit de skyrmion, zoals het skyrmionium en bimeron.

In een recent theoretisch werk uitgevoerd door een internationaal team uit China, Japan, Australië, Rusland, en Frankrijk. De auteurs introduceerden een nieuw type topologische spintexturen, dat het bimeronium wordt genoemd. Het bimeronium bestaat in magneten met in-plane magnetisatie. Het is een topologische tegenhanger van skyrmionium in loodrecht gemagnetiseerde magneten en kan worden gezien als een combinatie van twee bimeronen met tegengestelde topologische ladingen. Daarom, het bimeronium draagt ​​een topologische lading van nul, zoals het skyrmionium.

De auteurs bestudeerden het bimeronium gestabiliseerd in een magnetische monolaag met gefrustreerde uitwisselingsinteracties. Ze ontdekten dat het gefrustreerde bimeronium onder bepaalde omstandigheden in een gestage zelfrotatie kan worden gedreven door het dempingsachtige draai-orbit-koppel. Deze studie suggereert dat het bimeronium de mogelijkheid heeft om te worden gecontroleerd door externe stimuli, wat betekent dat het kan worden gebruikt als een spintronische bouwsteen.

De resultaten zijn op 3 februari online gepubliceerd in het tijdschrift Technische Natuurkunde Brieven , in een brief van de groep van Prof. Yan Zhou van de Chinese Universiteit van Hong Kong, Shenzhen (CUHKSZ), en verschillende medewerkers van de Sichuan Normal University, China, De Universiteit van Tokio, Japan, De Universiteit van New South Wales, Australië, Nationale Universiteit voor Wetenschap en Technologie, Rusland, CY Cergy Universiteit van Parijs, Frankrijk, en Shinshu-universiteit, Japan

"Een aantal verschillende soorten topologische spintexturen zijn in principe te vinden in gefrustreerde spinsystemen, " zegt Dr. Xichao Zhang, een onderzoeker momenteel aan de Shinshu University, en de eerste auteur van de studie. "Skyrmionen en skyrmioniums zijn al vele jaren uitgebreid onderzocht, nu denk ik dat het de tijd is om hun tegenhangers in verschillende magnetische systemen te verkennen. In de toekomst, verschillende topologische spintexturen kunnen verschillende rollen spelen in spintronische toepassingen."

"Onlangs, magnetische systemen met anisotropie in het vlak winnen weer aan belang, het is dus belangrijk om de dynamische eigenschappen van topologische spintexturen zoals bimeronen en bimeroniums te begrijpen, wat kan leiden tot nieuwe spintronische toepassingen, " legt Dr. Oleg A. Tretiakov uit, hoofddocent aan de Universiteit van New South Wales, en de co-auteur van deze studie.

"In feite komen al die fascinerende nieuwe magnetische ontdekkingen voort uit concurrerende interacties in gefrustreerde spinsystemen. De frustratie ligt aan de basis van veel nieuwe fenomenen die sinds de jaren 80 zijn ontdekt en velen van hen moeten de komende tijd nog worden ontdekt, " zegt Dr. Hung T. Diep, vooraanstaand professor aan de CY Cergy Paris University, en de co-auteur van deze studie.

"In theorie, het bimeronium kan ook worden gestabiliseerd door chirale uitwisselingsinteracties in ferromagneten en antiferromagneten. Wij geloven dat het mogelijk is om deze nieuwe topologische objecten in magnetische materialen te observeren met behulp van bestaande methoden, " legt Dr. Yan Zhou uit, universitair hoofddocent bij CUHKSZ, en de corresponderende auteur van de studie.