'Topologische defecten' ontstaan ​​wanneer de symmetrie van een magnetisch materiaal wordt verstoord. Domeinwanden (DW's) zijn een type topologisch defect dat regio's met verschillende magnetische oriëntaties scheidt. Een veel bestudeerd fenomeen, de manipulatie van deze defecten heeft potentiële toepassingen in krachtige geheugenopslagapparaten, apparaten voor energieverwerking, en kwantumcomputers.

Onlangs, de mogelijkheid van andere topologische defecten ingebed in of gecombineerd met DW's heeft aandacht gekregen voor hun potentiële toepassingen op verschillende gebieden van de natuurkunde. Enkele voorbeelden van deze 'defecten binnen defecten' zijn DW skyrmionen en DW bimerons. Hoewel theoretische modellen het bestaan ​​van deze defecten hebben ondersteund, ze zijn niet eerder experimenteel waargenomen.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , Universitair hoofddocent Masahiro Nagao van de Universiteit van Nagoya, Japan, en zijn collega's gebruikten Lorentz transmissie-elektronenmicroscopie (LTEM) om deze defecten te visualiseren. Ze waren in staat om dit te doen door elektronen te laten passeren en hun afbuigingen door een dunne magnetische film te observeren. De topologische defecten werden waargenomen als contrasterende paren van heldere en donkere gebieden. Met behulp van deze techniek, het team beeldde topologische defecten af ​​in een chirale magnetische dunne film gemaakt van kobalt, zink, en mangaan.

aanvankelijk, de onderzoekers observeerden een enkel DW-defect wanneer de film niet gemagnetiseerd was. Bij het magnetiseren van de film door een magnetisch veld loodrecht daarop te leiden, ze konden de ontwikkeling van twee soorten DW's observeren. De conventionele DW's werden gezien als zwarte lijnen, terwijl ketens van DW-bimerons werden gezien als heldere elliptische stippen op de LTEM-afbeeldingen. Deze twee typen DW's verschenen afwisselend en in paren. De onderzoekers merkten op dat deze DW's toenam naarmate de sterkte van het magnetische veld toenam en uiteindelijk verdween nadat een bepaalde drempel was bereikt. Om hun ontdekking te bevestigen, de onderzoekers gebruikten de transport van intensiteitsvergelijking om de magnetische distributies te verkrijgen die tegengestelde magnetisaties aan beide zijden van de keten van DW's onthulden, bevestigen dat ze DW-bimerons zijn.

De onderzoekers stelden een verklaring voor van deze defecten en hun vormingsmechanisme. Nagao zegt, "In onze chirale magneet dunne films, we laten geketende en geïsoleerde bimerons zien die respectievelijk de rol spelen van en gebonden zijn aan DW's, die worden gerealiseerd door niet alleen magnetische anisotropiecomponent in het vlak, maar ook de combinatie van Dzyaloshinskii-Moriya-interactie, out-of-plane magnetische anisotropie, dipolaire interactie, en Zeeman-effect."

De bevindingen van het team werpen licht op topologische defecten in chirale magneten en hebben implicaties op het gebied van fysica gerelateerd aan topologie, variërend van kosmologische lengteschalen tot gecondenseerde materie.