Kiertymällä ohjattu magnetismi kasvaa moiré-efektin ulkopuolelle

Sen jälkeen kun havaittiin, että atomitason ohuiden kiteiden välinen kiertovirhe voi muuttaa niiden elektronista käyttäytymistä, moiré-tekniikasta on tullut tehokas suunnitteluperiaate kvanttiaineiden suunnittelussa.

Edinburghin yliopiston tutkijat osoittavat nyt, että myös magnetismi voi uhmata perinteisiä odotuksia: kierretyissä antiferromagneettisissa kerroksissa spin-järjestyksen ei tarvitse rajoittua moiré-yksikkösoluun, vaan se voi laajentua odottamattoman suuriksi, topologisiksi tekstuureiksi, jotka ulottuvat satojen nanometrien alueelle.

Useimmat moiré-ilmiöt perivät pituusskaalansa suoraan hilarakenteiden välisestä interferenssikuviosta. Pinottujen van der Waals -magneettien magneettisen järjestyksen on siksi oletettu noudattavan samaa sääntöä.

Uusi työ kumoaa tämän oletuksen.

Tutkimalla kierrettyä kaksoiskerroskromitrijodidia (CrI₃) pyyhkäisytyppivakanssimagnetometrialla kirjoittajat kuvaavat suoraan magneettikenttiä nanoskaalan resoluutiolla ja havaitsevat pitkän kantaman tekstuureja, jotka ulottuvat selvästi yhden moiré-solun ulkopuolelle, jopa noin 300 nm:iin asti, mikä on suuruusluokkaa suurempi kuin taustalla oleva aallonpituus.

Käyttäytyminen on epäloogista. Kun kiertokulma pienenee, moiré-aallonpituus kasvaa, mutta havaittu magneettisen tekstuurin koko kehittyy vastakkaiseen suuntaan ja saavuttaa huippunsa lähellä 1,1°:ta ennen kuin katoaa yli noin 2°:n aallonpituudella.

Tämä inversio osoittaa, että magnetismi ei ole pelkästään moiré-kuvion mallintamaa, vaan se syntyy vaihdon, magneettisen anisotropian ja Dzyaloshinskii–Moriya-vuorovaikutusten kollektiivisesta kilpailusta, joita kaikkia hienovaraisesti säätää suhteellinen kerrosten kiertokulma.

Seuraukset ulottuvat perusmagnetismin ulkopuolelle. Skyrmioniset tekstuurit ovat houkuttelevia tietotekniikalle, koska ne ovat kompakteja, topologisesti suojattuja ja liikuteltavissa minimaalisella energialla.

Niiden luominen pelkällä kiertämisellä, ilman litografiaa, raskasmetalleja tai voimakkaita virtoja, tarjoaa puhtaan, geometriaan perustuvan reitin kohti pienen tehonkäytön spintronisia arkkitehtuureja.

Tutkijoiden jatkaessa geometrian ja kvanttivuorovaikutusten välisen rikkaan vuorovaikutuksen selvittämistä, tällaisesta emergentistä käyttäytymisestä voi tulla keskeinen tekijä energiatehokkaiden, post-CMOS-laskenta-alustojen etsinnässä.

Aiheesta aiemmin:

Fasonien metsästystä

Moire-kuviot tarjoavat nyt topologiaa

Kierteistä twistroniikkaa