Sähköisesti ohjattavat 3D-magneettiset hopfionit

Kiinan tiedeakatemian Hefein fysikaalisten tieteiden instituuttien korkean magneettikentän laboratorion tutkimusryhmä on yhdessä Anhuin yliopiston, ShanghaiTechin yliopiston ja New Hampshiren yliopiston yhteistyökumppaneiden kanssa osoittanut ensimmäisen sähköisesti ohjattavan hopfionien generoinnin kiinteän olomuodon magneettijärjestelmässä.

Vuonna 1975 ehdotetut hopfionit ovat kolmiulotteisia topologisia rakenteita, joille on ominaista Hopfin varaus ja jotka kykenevät muodostamaan renkaita, lenkkejä ja solmuja.

Vaikka niiden ennustetaan esiintyvän monenlaisissa fyysisissä järjestelmissä – magneettisista materiaaleista ja plasmoista varhaiseen maailmankaikkeuteen – niiden monimutkaisuus on pitänyt hopfionit pitkälti teorian rajoissa, ja kokeellinen toteutus ja hallinta ovat olleet vain rajallisia.

Tässä tutkimuksessa tutkijat käyttivät kiraalista magneettia laboratoriotestausalustana. Käyttämällä spin-siirtomomenttia yhdessä lämpöherätteen kanssa he onnistuivat luomaan magneettisia hopfioneja kiraalisessa FeGe-magneetissa.

Merkittävää on, että tällä tavalla tuotetut hopfionit ovat sähköisesti ohjattavissa ja pysyvät vakaina jopa ilman ulkoista magneettikenttää, mikä edustaa merkittävää edistysaskelta aiempiin staattisiin havaintoihin verrattuna.

Kolmiulotteisen rakenteensa suoraksi visualisoimiseksi tiimi yhdisti kulmariippuvaisen kvantitatiivisen elektroniholografian mikromagneettisiin simulaatioihin, mikä mahdollisti pyörivän magneettisen faasin yksityiskohtaisen karakterisoinnin ja hopfionien kolmiulotteisen topologisen konfiguraation kokeellisen vahvistamisen.

Lisäksi in situ -sähkömittaukset osoittivat, että magneettisia hopfioneja voidaan ohjata sähkövirroilla. Toisin kuin monet muut magneettiset tekstuurit, ne osoittavat epätavanomaista dynamiikkaa ilman Hall-taipumaa, mikä heijastaa kuljetuskäyttäytymistä, joka on pohjimmiltaan yhteydessä niiden kolmiulotteiseen topologiaan.

Tiimin mukaan työ luo skaalautuvan ja hallittavan kokeellisen alustan hopfionien dynamiikan ja niiden universaalien fysikaalisten ominaisuuksien tutkimiseksi.

Aiheesta aiemmin: