Come i baristi che creano bellissime spirali di schiuma cremosa sulle calde superfici dei caffelatte, i ricercatori del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) Argonne National Laboratory hanno trovato un modo per controllare la creazione di speciali superfici strutturate in materiali ordinati magneticamente.

Mentre un barista fa girare fisicamente il latte per generare schiuma per un caffelatte, I ricercatori di Argonne hanno studiato nuove regioni che coinvolgono spin magnetici. Queste regioni, conosciuti come skyrmions o antiskyrmions, non hanno carica elettrica netta ma hanno quella che gli scienziati chiamano una "carica topologica, " il che significa che possono essere utilizzati per memorizzare informazioni.

"Le persone hanno già creato skyrmion, " ha detto Argonne Distinguished Fellow Amanda Petford-Long, un autore dello studio. "Ma tutte le ricerche che sono state fatte fino ad oggi hanno coinvolto la loro formazione spontanea. La novità è che ora possiamo controllare dove si verificano in un materiale".

Per creare i loro skyrmion e antiskyrmion, i ricercatori hanno utilizzato un fascio di ioni focalizzato, che essenzialmente bombardava la superficie degli strati di platino e cobalto con ioni di gallio. "Puoi quasi pensarlo come uno chef che usa una torcia brulée, ma invece di usare il calore stiamo usando un altro materiale, " ha detto lo scienziato dei materiali di Argonne Charudatta Phatak, un autore principale dello studio.

Il modo in cui i ricercatori hanno deciso di spostare il fascio di ioni sulla superficie ha influenzato notevolmente i tipi di strutture risultanti. Primo, hanno provato un metodo noto come "scansione raster, " che ha comportato lo spostamento del raggio avanti e indietro verticalmente o orizzontalmente. Ciò non è riuscito a produrre gli skyrmioni o gli antiskyrmioni desiderati.

Infine, il team ha avuto l'idea di muovere il raggio in una spirale, partendo dal centro e procedendo verso l'esterno oppure dai bordi e procedendo verso il centro. Nel primo caso, questo ha prodotto uno skyrmion molto ben definito; nel secondo caso, i ricercatori hanno scoperto che la spirale interna produceva un antiskyrmion. "Al meglio delle nostre conoscenze, questa è la prima volta che un antiskyrmion artificiale è stato realizzato sperimentalmente, "Ha detto Phatak.

Poiché questo metodo crea skyrmion e antiskyrmion fissati in posizione, la ricerca futura potrebbe utilizzare questo progresso per creare una sorta di "flipper" per gli elettroni che utilizzerebbe gli spin magnetici impressi nelle regioni dello skyrmion per dirigere il movimento degli elettroni.

"Ciò che è veramente eccitante è la capacità di studiare le interazioni di queste strutture, " Petford-Long ha detto. "La nostra ricerca apre molte nuove possibilità per esplorare nuova fisica fondamentale, perché l'uso del raggio ionico ci consente di creare skyrmioni e strutture simili a skyrmion con varie dimensioni che vanno dai nanometri ai micron."

Un documento basato sullo studio, "Creazione di skyrmioni e antiskyrmioni artificiali mediante l'ingegneria dell'anisotropia, " apparso in Rapporti scientifici il 10 agosto, 2016.