Ученые из Московского физико-технического института (МФТИ) и Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН установили что микроскопические магнитные вихри (скирмионы) в моносилициде марганца могут проявлять себя по-разному в зависимости от условий. Это свойство материала может найти применение в новейших областях приборостроения, прежде всего, квантовой электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Report.

Моносилицид марганца (MnSi) из-за своих уникальных физических свойств часто применяется для исследования управления током электронов с поляризованными спинами (собственными моментами импульса элементарных частиц, имеющими квантовую природу).

Ученые измерили удельное сопротивление объемного моносилицида марганца в зависимости от температуры и направления магнитного и установили, что рассеяние носителей в магнитных металлах определяется положением магнитной структуры по отношению к кристаллической решетке, а оно, как правило, сильно анизотропно. Когда же моменты закручены в вихри, то из-за их большого числа и изменения направления связь между магнитной и кристаллической структурами может быть нарушена.

Эксперименты с моносилицидом марганца показали, что скирмионы в зависимости от условий могут организовываться по-разному.

Исследование показало, что, в отличие от других магнитных состояний (конического и однородно намагниченного), в определенной области параметров «температура — магнитное поле» удельное сопротивление моносилицида марганца в состоянии с магнитными вихрями не коррелирует с направлением магнитного поля. Причем эта область окружается другой скирмионной фазой, характеризующейся заметной анизотропией.

«На простом языке этот экспериментальный факт означает, что у MnSi существует два типа скирмионных решеток, имеющих различную физическую природу. Область с изотропным сопротивлением отвечает скирмионной решетке, образовавшейся в результате конденсации индивидуальных магнитных вихрей, а окружающий ее карман, вытянутый в направлении H||[001] — сложной анизотропной магнитной фазе, которая не может распадаться на отдельные квазичастицы — скирмионы», — объяснил профессор МФТИ Сергей Демишев.

Это открытие может найти применение в разработке новейших устройств хранения и передачи данных, а также выполнения логических операций.

Способ спинового токопереноса, основанный на использовании индивидуальных квазичастиц — скирмионов, открывает новые возможности для миниатюризации устройств и позволяет снизить энергопотребление. Теперь ученые ведут поиск материалов, похожих по своим свойствам на высокотемпературные сверхпроводники, в которых микроскопические магнитные вихри будут стабильны при комнатных температурах.