Un team di scienziati tedeschi, Svezia e Cina hanno scoperto un nuovo fenomeno fisico:complesse strutture intrecciate fatte di minuscoli vortici magnetici noti come skyrmioni. Gli Skyrmioni sono stati rilevati per la prima volta sperimentalmente poco più di un decennio fa e da allora sono stati oggetto di numerosi studi, oltre a fornire una possibile base per concetti innovativi nell'elaborazione delle informazioni che offrono migliori prestazioni e minori consumi energetici. Per di più, gli skyrmioni influenzano le proprietà magnetoresistive e termodinamiche di un materiale. La scoperta ha quindi rilevanza sia per la ricerca applicata che per quella di base.

Stringhe, fili e strutture intrecciate possono essere visti ovunque nella vita quotidiana, dai lacci delle scarpe, ai pullover di lana, dalle trecce nei capelli di un bambino ai cavi d'acciaio intrecciati che servono a sostenere innumerevoli ponti. Queste strutture sono anche comunemente viste in natura e possono, Per esempio, conferiscono alle fibre vegetali resistenza alla trazione o alla flessione. Fisici al Forschungszentrum Jülich, insieme ai colleghi di Stoccolma e Hefei, hanno scoperto che tali strutture esistono su scala nanometrica in leghe di ferro e germanio metalloide.

Queste nanostringhe sono composte ciascuna da diversi skyrmioni che sono attorcigliati insieme in misura maggiore o minore, piuttosto come i fili di una corda. Ogni skyrmion stesso è costituito da momenti magnetici che puntano in direzioni diverse e insieme prendono la forma di un minuscolo vortice allungato. Un singolo filamento di skyrmion ha un diametro inferiore a un micrometro. La lunghezza delle strutture magnetiche è limitata solo dallo spessore del campione; si estendono da una superficie del campione alla superficie opposta.

Studi precedenti di altri scienziati avevano dimostrato che tali filamenti sono in gran parte lineari e quasi a forma di bastoncino. Però, le indagini di microscopia ad altissima risoluzione intraprese presso l'Ernst Ruska-Centre di Jülich gli studi teorici presso il Peter Grünberg Institute di Jülich hanno rivelato un quadro più vario:i fili possono infatti attorcigliarsi insieme in vari gradi. Secondo i ricercatori, queste forme complesse stabilizzano le strutture magnetiche, rendendoli particolarmente interessanti per l'uso in una vasta gamma di applicazioni.

"La matematica contiene una grande varietà di queste strutture. Ora sappiamo che questa conoscenza teorica può essere tradotta in fenomeni fisici reali, " Il fisico Jülich Dr. Nikolai Kiselev è lieto di riferire. "Questi tipi di strutture all'interno di solidi magnetici suggeriscono proprietà elettriche e magnetiche uniche. Però, sono necessarie ulteriori ricerche per verificarlo”.

Per spiegare la discrepanza tra questi studi e quelli precedenti, il ricercatore sottolinea che le analisi con un microscopio elettronico ad altissima risoluzione non forniscono semplicemente un'immagine del campione, come nel caso di, Per esempio, un microscopio ottico. Questo perché i fenomeni della meccanica quantistica entrano in gioco quando gli elettroni ad alta energia interagiscono con quelli nel campione.

"È abbastanza fattibile che anche altri ricercatori abbiano visto queste strutture al microscopio, ma non sono stato in grado di interpretarli. Questo perché non è possibile determinare direttamente la distribuzione delle direzioni di magnetizzazione nel campione dai dati ottenuti. Anziché, è necessario creare un modello teorico del campione e da esso generare una sorta di immagine al microscopio elettronico, " spiega Kiselev. "Se le immagini teoriche e sperimentali corrispondono, si può concludere che il modello è in grado di rappresentare la realtà." In analisi ad altissima risoluzione di questo tipo, Forschungszentrum Jülich con il suo Ernst Ruska-Centre è una delle istituzioni leader a livello mondiale.