Gli Hopfion, strutture di spin magnetico previste decenni fa, sono diventati un argomento di ricerca caldo e stimolante negli ultimi anni. In uno studio pubblicato su Nature , la prima prova sperimentale è presentata da una collaborazione di ricerca svedese-tedesco-cinese.
"I nostri risultati sono importanti sia dal punto di vista fondamentale che da quello applicato, poiché è emerso un nuovo ponte tra la fisica sperimentale e la teoria matematica astratta, che potrebbe portare gli hopfioni a trovare un'applicazione nella spintronica", afferma Philipp Rybakov, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica. e Astronomia all'Università di Uppsala, Svezia.
Una comprensione più approfondita del funzionamento dei diversi componenti dei materiali è importante per lo sviluppo di materiali innovativi e della tecnologia futura. Il campo di ricerca della spintronica, ad esempio, che studia lo spin degli elettroni, ha aperto promettenti possibilità di combinare l'elettricità e il magnetismo degli elettroni per applicazioni come la nuova elettronica.
Gli skyrmion e gli hopfion magnetici sono strutture topologiche, configurazioni di campo ben localizzate che sono state un argomento di ricerca caldo negli ultimi dieci anni a causa delle loro proprietà uniche simili a particelle, che li rendono oggetti promettenti per applicazioni spintroniche.
Gli skyrmion sono bidimensionali e assomigliano a stringhe simili a vortici, mentre gli hopfion sono strutture tridimensionali all'interno di un volume campione magnetico che assomigliano a stringhe skyrmion chiuse e attorcigliate a forma di anello a forma di ciambella nel caso più semplice.
Nonostante le ricerche approfondite degli ultimi anni, l'osservazione diretta degli hopfioni magnetici è stata segnalata solo in materiale sintetico. Questo lavoro attuale è la prima prova sperimentale di tali stati stabilizzati in un cristallo di piastre FeGe di tipo B20 utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione e l'olografia.
I risultati sono altamente riproducibili e in pieno accordo con le simulazioni micromagnetiche. I ricercatori forniscono una classificazione unificata dell'omotopia skyrmion-hopfion e offrono informazioni sulla diversità dei solitoni topologici nei magneti chirali tridimensionali.
Le scoperte aprono nuovi campi nella fisica sperimentale:identificando altri cristalli in cui gli hopfioni sono stabili, studiando come gli hopfioni interagiscono con le correnti elettriche e di spin, la dinamica degli hopfioni e altro ancora.
"Poiché l'oggetto è nuovo e molte delle sue proprietà interessanti restano da scoprire, è difficile fare previsioni su specifiche applicazioni spintroniche. Tuttavia, possiamo ipotizzare che gli hopfioni possano essere di grande interesse quando si passa alla terza dimensione di quasi tutte le tecnologie. in fase di sviluppo con skyrmion magnetici:memoria di pista, calcolo neuromorfico e qubit," spiega Rybakov.
"Rispetto agli skyrmion, gli hopfion hanno un ulteriore grado di libertà grazie alla tridimensionalità e quindi possono muoversi in tre anziché in due dimensioni."
Ulteriori informazioni: Nikolai Kiselev, anelli Hopfion in un magnete chirale cubico, Natura (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06658-5. www.nature.com/articles/s41586-023-06658-5
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dall'Università di Uppsala
