Primera observació d'una xarxa quadrada de merons i antimerons

Científics han observat, per primera vegada, una xarxa quadrada de merons i antimerons, petits vòrtexs magnètics i antivòrtex que es formen en una capa prima de l'imant helicoïdal Co8Zn9Mn3. Mitjançant un camp magnètic que varia de manera finita aplicat perpendicularment.

Els investigadors van poder induir una transformació entre la xarxa quadrada de merons-antimerons i una xarxa hexagonal de cel·lulis, una altra forma de vòrtex que és topològicament diferent dels merons i antimerons.

https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/news/hires/2018/1-magneticfield.jpg

La capacitat de manipular textures de spin a escala nanomètrica com ara són els merons i skyrmions és clau per al desenvolupament de dispositius electrònics spintronics-next-generation que són molt baixos en el consum d'energia. El secret del seu baix consum és que fan ús de la textura de la rotació topològica : una propietat que sorgeix quan els electrons interactuen en un sòlid.

Per realitzar els experiments, publicats al Nature, el grup va utilitzar una fina mostra magnètica d'un aliatge de cobalt, zinc i manganès, Co8 Zn9Mn3, que es coneix com un imant quiral. Es va utilitzar un camp magnètic extremadament feble per provocar als  diminuts vòrtex per formar-se en la fina mostra, mentre es van observar amb la microscòpia d'electrons de Lorentz.

https://media.nature.com/w800/magazine-assets/d41586-018-07561-0/d41586-018-07561-0_16307382.jpg

Xiuzhen Yu del Centre RIKEN per a la Ciència de les Matemàtiques Emergents (CEMS), el primer autor del document, va comentar que: "És ben sabut en la naturalesa que els estímuls externs poden desencadenar una transició estructural de cristalls entre xarxes tetragonals i hexagonals, es va predir que això també es veuria en textures d'spins topològics. Va ser molt satisfactori poder demostrar que aquesta idea era realment veritat, quan vam veure els merons transformats en cel·lulis a mesura que augmentem acuradament el camp magnètic".

https://www.researchgate.net/profile/Mona_Berciu/publication/235543251/
figure/fig7/AS:299835564544007@1448497777541/
Spin-distribution-for-a-tightly-bound-meron-antimeron-pair-The-meron-M-and-the_W840.jpg

Els experiments, tanmateix, van donar sorpreses als investigadors. Mitjançant l'exemple de la placa prima, van experimentar baixar la temperatura per veure com afectaria les textures. Segons Yu, "vam trobar que els cel·lulis eren molt robustos, perdurant fins i tot quan baixem la temperatura de la placa fina, però els merons i els antimerons eren molt més sensibles i relaxats en les hèlixs de rotació a mesura que la temperatura va baixar. Això podria tenir implicacions per a la manipulació d'aquestes textures en futurs dispositius spintronics. En el futur, tenim previst fer estudis que usin no només anisotropia magnètica, sinó també tensió local per controlar les textures del spin ".

Font: RIKEN