Ученые открыли новый физический феномен
28.10.2021 185 0
Группа ученых открыла новое физическое явление: сложные плетеные структуры, состоящие из крошечных магнитных вихрей, известных как скирмионы.
Скирмионы были впервые обнаружены экспериментально чуть более 10 лет назад и с тех пор стали предметом многочисленных исследований, а также послужили возможной основой для инновационных концепций обработки информации, которые обеспечивают лучшую производительность и меньшее потребление энергии. Кроме того, скирмионы влияют на магниторезистивные и термодинамические свойства материала. Таким образом, открытие актуально как для прикладных, так и для фундаментальных исследований.
Работа ученых опубликована в Nature Communications.
По словам ученых, веревки, нити и плетеные конструкции можно увидеть повсюду в повседневной жизни — шнурки, шерстяные пуловеры, стальные тросы. Эти структуры также обычно встречаются в природе и могут, например, придавать растительным волокнам прочность на растяжение или изгиб.
Физики из из Германии, Швеции и Китая обнаружили, что такие структуры существуют в наномасштабе в сплавах железа и металлоидного германия.
Каждая из этих нанострунных цепочек состоит из нескольких скирмионов, скрученных вместе в большей или меньшей степени, как нити веревки. Каждый скирмион сам по себе состоит из магнитных моментов, которые направлены в разные стороны и вместе принимают форму вытянутого крошечного вихря.
Отдельная нить скирмиона имеет диаметр менее одного микрометра. Длина магнитных структур ограничена только толщиной образца: они простираются от одной поверхности образца к противоположной поверхности.
Более ранние исследования других ученых показали, что такие нити в основном линейны и имеют почти стержневую форму. Однако микроскопические исследования сверхвысокого разрешения, проведенные в Центре Эрнста Руска в Юлихе и теоретических исследованиях Института Петера Грюнберга Юлиха, выявили более разнообразную картину: на самом деле нити могут скручиваться вместе в разной степени.
По словам исследователей, эти сложные формы стабилизируют магнитные структуры, что делает их особенно интересными для использования в различных приложениях.
Чтобы объяснить расхождение между этими исследованиями и предыдущими, исследователь указывает, что анализы с использованием электронного микроскопа сверхвысокого разрешения не просто предоставляют изображение образца, как, например, в случае оптического микроскопа. Это связано с тем, что квантово-механические явления вступают в игру, когда электроны высокой энергии взаимодействуют с электронами в образце.
«Вполне возможно, что другие исследователи тоже видели эти структуры под микроскопом, но не смогли их интерпретировать. Это связано с тем, что по полученным данным невозможно напрямую определить распределение направлений намагниченности в образце. Вместо этого необходимо создать теоретическую модель образца и сгенерировать из нее своего рода электронно-микроскопическое изображение», — поясняет Киселев.
Скирмионы были впервые обнаружены экспериментально чуть более 10 лет назад и с тех пор стали предметом многочисленных исследований, а также послужили возможной основой для инновационных концепций обработки информации, которые обеспечивают лучшую производительность и меньшее потребление энергии. Кроме того, скирмионы влияют на магниторезистивные и термодинамические свойства материала. Таким образом, открытие актуально как для прикладных, так и для фундаментальных исследований.
Работа ученых опубликована в Nature Communications.
По словам ученых, веревки, нити и плетеные конструкции можно увидеть повсюду в повседневной жизни — шнурки, шерстяные пуловеры, стальные тросы. Эти структуры также обычно встречаются в природе и могут, например, придавать растительным волокнам прочность на растяжение или изгиб.
Физики из из Германии, Швеции и Китая обнаружили, что такие структуры существуют в наномасштабе в сплавах железа и металлоидного германия.
Каждая из этих нанострунных цепочек состоит из нескольких скирмионов, скрученных вместе в большей или меньшей степени, как нити веревки. Каждый скирмион сам по себе состоит из магнитных моментов, которые направлены в разные стороны и вместе принимают форму вытянутого крошечного вихря.
Отдельная нить скирмиона имеет диаметр менее одного микрометра. Длина магнитных структур ограничена только толщиной образца: они простираются от одной поверхности образца к противоположной поверхности.
Более ранние исследования других ученых показали, что такие нити в основном линейны и имеют почти стержневую форму. Однако микроскопические исследования сверхвысокого разрешения, проведенные в Центре Эрнста Руска в Юлихе и теоретических исследованиях Института Петера Грюнберга Юлиха, выявили более разнообразную картину: на самом деле нити могут скручиваться вместе в разной степени.
По словам исследователей, эти сложные формы стабилизируют магнитные структуры, что делает их особенно интересными для использования в различных приложениях.
«Математика содержит множество таких структур. Теперь мы знаем, что эти теоретические знания можно воплотить в реальных физических явлениях. Эти типы структур внутри магнитных тел обладают уникальными электрическими и магнитными свойствами. Однако для подтверждения этого необходимы дальнейшие исследования», — заявил физик Николай Киселев.
Чтобы объяснить расхождение между этими исследованиями и предыдущими, исследователь указывает, что анализы с использованием электронного микроскопа сверхвысокого разрешения не просто предоставляют изображение образца, как, например, в случае оптического микроскопа. Это связано с тем, что квантово-механические явления вступают в игру, когда электроны высокой энергии взаимодействуют с электронами в образце.
«Вполне возможно, что другие исследователи тоже видели эти структуры под микроскопом, но не смогли их интерпретировать. Это связано с тем, что по полученным данным невозможно напрямую определить распределение направлений намагниченности в образце. Вместо этого необходимо создать теоретическую модель образца и сгенерировать из нее своего рода электронно-микроскопическое изображение», — поясняет Киселев.
| |