Физики из США и Японии впервые наблюдали связанные состояния скирмионов, которыми можно управлять при помощи электрического поля. Свое исследование ученые опубликовали в журнале Physical Review Letters, кратко с ним можно ознакомиться сайте Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.

Ученые открыли связанные состояния скирмионов в Cu₂SeO₃. Исследователи обнаружили две подрешетки скирмионов, которые способны вращаться друг относительно друга, создавая таким образом муаровые узоры. Такие подрешетки приводят к появлению дополнительных степеней свободы и магнитных возбуждений и увеличивают возможности управления свойствами решетки в целом.

Особенностью открытия ученых является обнаружение ими скирмионов в Cu₂SeO₃, свойства которого возможно контролировать электрическим полем. Несмотря на то, что у скирмионов магнитная природа, управлять их свойствами в селените меди можно при помощи электрического поля.

Скирмионы впервые возникли как решения из класса топологических солитонов ряда скалярных моделей теории поля. В отличие от классических солитонов (решений в виде уединенных волн), топологические солитоны содержат ряд нетривиальных топологических характеристик, например, в случае скирмиона это спепень отображения. Долгое время такое топологическое решение служило хорошей моделью нуклонов (протонов и нейтронов), и качественные выводы из него согласовались с наблюдениями.

Рис. 1. Скирмион. Изображение: Matthew
Langner/ Berkeley Lab.

Как считается,

скирмионы будут играть большую роль в будущем спиновой электроники. С помощью таких магнитных вихрей оказывается возможной запись и изменение информации. Результаты исследования ученых могут найти применение в сверхкомпактных носителях данных, а также способствовать прогрессу в области квантовой топологии.

В данном исследовании спины заряженных частиц формируют вихревое образование примерно нескольких атомных размеров, которое и называется скирмионом. На рисунке видно, что намагниченность увеличивается от краев к центру (от синего цвета к красному), где она достигает максимума.