La "pressione" chimica dalle proprietà magnetiche sintonizzate per sostituzione atomica di un magnete ben studiato, siliciuro di manganese. Atomi leggermente più grandi (verde) hanno preso il posto di alcuni atomi di silicio nel magnete, espandendo la struttura cristallina. La struttura cristallina espansa (a) è mostrata dove il blu è il silicio e il rosa è il manganese. Una piccola quantità di sostituzione ha stabilizzato due fasi magnetiche:gli spin magnetici a cavatappi (frecce) rappresentano una fase magnetica elicoidale (b); le rotazioni che creano vortici rappresentano un'esotica fase reticolare skyrmion (c). Credito:Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti
Fuori dal comune, minuscoli vortici che ruotano sulla superficie di alcuni magneti potrebbero offrire un modo per ridurre il fabbisogno energetico dei computer. Il controllo dei vortici è fondamentale. Gli scienziati hanno scoperto che la sostituzione chimica in un magnete ben studiato ha agito come una manopola efficace nella regolazione delle proprietà magnetiche. L'aggiunta di pochi atomi leggermente più grandi al magnete ha espanso il reticolo cristallino, o disposizione atomica. L'espansione ha applicato una pressione "chimica negativa" sul sistema. La pressione ha cambiato il carattere del magnetismo e ha stabilizzato una fase di vortice esotica chiamata reticolo skyrmion.
Questa maggiore comprensione di come creare e stabilizzare gli skyrmioni potrebbe avvicinarci a dispositivi di memoria magnetica che richiedono meno corrente elettrica per essere controllati. Il lavoro ha anche fornito informazioni sull'origine delle interazioni responsabili della formazione di skyrmion.
Dalla scoperta degli skyrmioni magnetici, struttura di spin simile a un vortice topologicamente stabile, in un metallo magnetico ben studiato nel 2009, molte ricerche si concentrano sulle proprietà fondamentali e sull'origine di questa insolita fase magnetica. Gli Skyrmion sono relativamente grandi e sensibili alle basse correnti e quindi hanno il potenziale per dispositivi elettronici a bassa potenza.
Il presente lavoro si è concentrato sulla comprensione delle caratteristiche che creano e stabilizzano gli skyrmioni, in particolare un'interazione anti-simmetrica ritenuta responsabile dello sviluppo del reticolo skyrmion. Gli scienziati hanno utilizzato la sostituzione chimica con atomi leggermente più grandi in siti non magnetici sul reticolo cristallino per espandere la struttura. Inaspettatamente a livelli relativamente bassi, la sostituzione chimica ha influenzato il carattere magnetico e le proprietà di trasporto di carica.
Gli esperimenti hanno rivelato un cambiamento nel carattere della struttura elettronica ritenuta il fattore determinante per l'interazione antisimmetrica al centro della formazione dello skrymion. Questa ricerca ha mostrato la drammatica dipendenza dello stato magnetico dalla dimensione del reticolo cristallino e sottolinea l'opportunità di esplorare le origini delle interazioni antisimmetriche attraverso una combinazione di esperimenti, diffusione di neutroni, e calcolo della struttura elettronica.
