自從他們的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，磁性skyrmions-微小的磁結(jié) - 已經(jīng)成為研究的焦點(diǎn)。來自漢堡和基爾的科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)證明，即使沒有外部磁場(chǎng)，直徑只有幾納米的單個(gè)磁性物質(zhì)也可以穩(wěn)定在磁性金屬薄膜中。他們?cè)贜ature Communications雜志上報(bào)道了他們的發(fā)現(xiàn)。

理論物理學(xué)家在30年前就已經(jīng)預(yù)測(cè)到磁性物質(zhì)作為粒子狀物體的存在，但是只能在2013年通過實(shí)驗(yàn)證明。在不同的磁性材料系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了直徑從微米到幾納米的Skyrmions。雖然它們可以在幾個(gè)原子的表面上產(chǎn)生并且用電流操縱，但它們對(duì)外部影響表現(xiàn)出高穩(wěn)定性。這使它們成為未來數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或邏輯設(shè)備的潛在候選者。然而，為了在技術(shù)應(yīng)用中具有競(jìng)爭(zhēng)力，skyrmions不僅必須非常小，而且在沒有施加磁場(chǎng)的情況下也必須穩(wěn)定。

漢堡和基爾大學(xué)的研究人員現(xiàn)在朝著這個(gè)方向邁出了重要的一步?；谠诒钡鲁?jí)計(jì)算聯(lián)盟(HLRN)的超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的量子力學(xué)數(shù)值計(jì)算，來自基爾的物理學(xué)家能夠預(yù)測(cè)直徑僅為幾納米的個(gè)體出現(xiàn)在原子級(jí)薄，鐵磁鈷膜(見圖1)。“這些薄膜中磁性結(jié)的穩(wěn)定性是由于不同磁性相互作用之間的不尋常競(jìng)爭(zhēng)，”Sebastian Meyer博士說。斯蒂芬海因澤教授在基爾大學(xué)的研究小組的學(xué)生。

隨后，漢堡研究人員圍繞Kirsten von Bergmann博士使用高分辨率掃描隧道顯微鏡確認(rèn)了這一預(yù)測(cè)。Marco Perini博士的低溫測(cè)量 Roland Wiesendanger教授研究小組的學(xué)生，在沒有外部磁場(chǎng)的情況下，在制備的鈷薄膜中顯示磁性skyrmions必須應(yīng)用(見圖2)。“到目前為止，個(gè)別的skyrmions幾乎總是由磁場(chǎng)產(chǎn)生。在我們的金屬薄膜中，自然發(fā)生的是，”Kirsten von Bergmann解釋道。“對(duì)于旋轉(zhuǎn)電子設(shè)備的未來應(yīng)用，skyrmions不僅必須在極低的溫度下穩(wěn)定，如在所研究的金屬薄膜中，而且在環(huán)境溫度下。為了實(shí)現(xiàn)下一步應(yīng)用，這里發(fā)現(xiàn)不同磁性相互作用之間的競(jìng)爭(zhēng)可以做出重大貢獻(xiàn)。“