I risultati, pubblicati su Nature Physics , rappresentano una promessa significativa per far progredire la nostra comprensione delle strutture magnetiche topologiche.

Originari della fisica delle particelle, gli skyrmion rappresentano eccitazioni topologiche uniche che si trovano nei materiali magnetici della materia condensata. Queste strutture, caratterizzate dalla loro disposizione degli spin a vortice o ad anello, possiedono proprietà non banali che le rendono potenziali candidati per dispositivi logici e di memorizzazione magnetica di prossima generazione.

Tuttavia, il rilevamento degli skyrmion si basa tradizionalmente sull’effetto Hall topologico (THE), che è limitato ai sistemi metallici. Con l'espansione del regno dei materiali magnetici topologici, c'è una pressante necessità di tecniche di caratterizzazione applicabili a una gamma più ampia di sistemi, compresi gli skyrmion non metallici.

Basandosi sulla scoperta di materiali ferromagnetici bidimensionali nel 2017, il gruppo di ricerca ha previsto una nuova classe di tali materiali, CrMX₆ (M=Mn, V; X=I, Br), che presentano stati elettronici topologici non banali.

In questo studio, il team ha sintetizzato con successo CrVI₆ bidimensionale di alta qualità cristalli singoli e hanno condotto misurazioni precise dell'effetto Kerr magneto-ottico di micro-area (MOKE). Sorprendentemente, il ciclo di isteresi MOKE ha rivelato protuberanze distintive a forma di "orecchio di gatto" all'interno di specifici intervalli di spessore e intervalli di temperatura, simili all'effetto Hall topologico elettrico osservato nei sistemi skyrmion magnetici.

Ulteriori analisi teoriche hanno rivelato che la coesistenza degli atomi di Cr e V rompe la simmetria di inversione centrale, il forte scambio Dzyaloshinskii-Moriya (DM) che porta alla generazione di strutture magnetiche topologiche:gli skyrmion.

Simulazioni di dinamica magnetica su scala atomica e calcoli teorici hanno svelato la dispersione degli elettroni conduttori da parte della "carica topologica" degli skyrmioni sotto un campo fotoelettrico, chiarendo il meccanismo microscopico dietro il segnale ottico di Kerr durante l'inversione della magnetizzazione.

Sulla base di questi risultati, il gruppo di ricerca ha proposto un nuovo schema per il rilevamento non distruttivo di strutture magnetiche topologiche utilizzando metodi ottici, sfruttando campi fotoelettrici alternati e spettroscopia ad alto campo magnetico.

Secondo il team, questo schema offre il rilevamento senza contatto e risolto spazialmente di skyrmion e altre eccitazioni topologiche, fornendo preziose informazioni sui loro meccanismi microscopici e ampliando la loro gamma di applicazioni.