I "difetti topologici" si formano quando la simmetria di un materiale magnetico viene interrotta. Le pareti di dominio (DW) sono un tipo di difetto topologico che separa regioni con diversi orientamenti magnetici. Un fenomeno ampiamente studiato, la manipolazione di questi difetti ha potenziali applicazioni in dispositivi di archiviazione di memoria ad alte prestazioni, dispositivi per il trattamento dell'energia, e informatica quantistica.

Recentemente, la possibilità di altri difetti topologici incorporati o combinati con i DW ha attirato l'attenzione per le loro potenziali applicazioni in diversi campi della fisica. Alcuni esempi di questi "difetti all'interno dei difetti" sono skyrmion DW e bimeron DW. Mentre i modelli teorici hanno sostenuto l'esistenza di questi difetti, non sono stati precedentemente osservati sperimentalmente.

In un nuovo studio pubblicato su Comunicazioni sulla natura , Professore Associato Masahiro Nagao dell'Università di Nagoya, Giappone, e i suoi colleghi hanno utilizzato la microscopia elettronica a trasmissione di Lorentz (LTEM) per visualizzare questi difetti. Sono stati in grado di farlo passando gli elettroni e osservando le loro deviazioni attraverso una sottile pellicola magnetica. I difetti topologici sono stati osservati come coppie contrastanti di aree chiare e scure. Utilizzando questa tecnica, il team ha ripreso i difetti topologici in un film sottile magnetico chirale fatto di cobalto, zinco, e manganese.

Inizialmente, i ricercatori hanno osservato un singolo difetto DW quando il film non era magnetizzato. Magnetizzando la pellicola facendo passare un campo magnetico perpendicolare ad essa, hanno potuto osservare lo sviluppo di due tipi di DW. I DW convenzionali sono stati visti come linee nere, mentre catene di bimeroni DW sono state viste come punti ellittici luminosi sulle immagini LTEM. Questi due tipi di DW sono apparsi alternativamente e in coppia. I ricercatori hanno notato che questi DW aumentavano all'aumentare della forza del campo magnetico e alla fine scomparivano dopo il raggiungimento di una certa soglia. A conferma della loro scoperta, i ricercatori hanno utilizzato l'equazione del trasporto dell'intensità per ottenere le distribuzioni magnetiche che hanno rivelato magnetizzazioni opposte su entrambi i lati della catena di DW, confermando che sono bimeroni DW.

I ricercatori hanno proposto una spiegazione di questi difetti e del loro meccanismo di formazione. Nagao dice, "Nei nostri film sottili di magneti chirali, mostriamo bimeroni incatenati e isolati che svolgono rispettivamente il ruolo di e legati ai DW, che sono realizzati non solo dal componente di anisotropia magnetica nel piano, ma anche dalla combinazione dell'interazione Dzyaloshinskii-Moriya, anisotropia magnetica fuori piano, interazione dipolare, ed effetto Zeeman."

Le scoperte del team fanno luce sui difetti topologici nei magneti chirali e hanno implicazioni nei campi della fisica legati alla topologia, che vanno dalle scale di lunghezza cosmologiche alla materia condensata.