Ученые из ряда китайских и американских университетов недавно зарегистрировали на видео динамику трансформации кластерных состояний скирмионов (магнитных вихрей со свойствами частиц) в нанодисках из сложного железо-германиевого сплава (его магнитные свойства значительно изменяются в наномасштабе).

С помощью Лоренцовой просвечивающей электронной микроскопии (LTEM) высокого разрешения они наблюдали влияние внешнего магнитного поля на структуру индивидуальных магнитных вихрей в нанодисках, диаметром в несколько скирмионов.

Обычно LTEM не позволяет различать детали магнитного поля в наноструктурах с характерными размерами менее 200 нм из-за интерференционных полос Френеля. Однако ученые нашли как избавиться от этих артефактов на изображениях: с помощью фокусированного пучка ионов они покрыли нанодиски проводящим слоем сплава углерода и платины (PtCx). Благодаря этому кластерные состояния скирмионов удалось наблюдать даже в дисках диаметром порядка 100 нм.

В частности было установлено, что при температурах ниже 200 К максимальное количество скирмионов в кластере пропорционально диаметру нанодиска, а не его квадрату, как при более высоких температурах. Кроме того, показано, что интервал изменения магнитного поля для перехода между смежными кластерными состояниями уменьшается с повышением температуры.

Участники исследования считают, что полученные ими результаты, которые были опубликованы в сборнике PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) окажут непосредственное влияние на конструирование будущих скирмионных устройств, таких как многобитовые ячейки быстродействующей магнитной памяти или микроволновые сигнальные процессоры.