Ученые из Швеции, Германии и Китая обнаружили в естественном материале квазичастицы — трехмерные магнитные хопфионы, предсказанные десятилетия назад. Это открытие может значительно продвинуть развитие спинтроники, предоставляя устройствам на ее основе возможности, недоступные современной электронике.
В науке есть область, изучающая особый вид электроники, где для передачи, получения и обработки данных используют не сам электрон, а его спин. Главное значение имеет не заряд электрона, а направление его спина — собственного момента импульса. спинтроникойОсновная задача — изготовление спинтронных материалов для создания миниатюрных устройств с высокой производительностью и малыми затратами энергии. Это актуально, так как обычная электроника столкнулась с физическими преградами, и рост ее скорости существенно замедлился.
В последнее время магнитное изучается в рамках спинтроники. скирмионЭто квазичастица, состоящая из топологически устойчивого магнитного вихря. Скирмион обнаружили более десяти лет назад в тонких слоях магнитных материалов. Он оказался исключительно плоской двухмерной структурой.
В ряде экспериментов исследователи продемонстрировали способность двумерных скирмионов «порождать» трехмерный магнитный вихрь, а также другие квазичастицы — хопфионы. Последние схожи с уложенными в форме пончика скрученными струнами.
Физики полагают, что хопфионы привлекательнее скирмионов из-за их трёхмерной природы.
В течение длительного времени исследователям не удавалось экспериментально доказать существование магнитных хопфионов в естественной среде.
Международной команде физиков удалось доказать это. Ученые впервые увидели это в наномасштабе в кристаллах тонких пластин. FeGeИз сплава из железа и германия типа B20, находящегося в стабильном состоянии, удалось разглядеть и зарегистрировать квазичастицы с помощью просвечивающей электронной микроскопии и голографии. Результаты работы… опубликованы в журнале Nature.
В отличие от скирмионов, хопфионы благодаря трехмерной структуре обладают большей свободой движения и перемещаются в трех, а не двух измерениях. Много интересных свойств этой квазичастицы еще предстоит открыть, поэтому говорить о применении хопфионов в спинтронике пока сложно. объяснилФилипп Рыбаков из Университета Уппсалы (Швеция) участвовал в проведении исследования.
Результаты открывают новые возможности в экспериментальной физике. Теперь легче выявлять кристаллы с устойчивыми хопфионами и исследовать их взаимодействие с электрическим током и током спинов электронов.