Immagini ad alto ingrandimento di ammassi nanomagnetici. (a) e (b) sono immagini in cui il focus è stato spostato dal focus esatto a, rispettivamente, il lato negativo e il lato positivo. (c) è una mappa della distribuzione della magnetizzazione nel piano determinata da (a) e (b). La distribuzione e la densità dei colori rappresentano la direzione e la forza, rispettivamente, della magnetizzazione nel piano (vedi figura inserto in basso a destra). La direzione e la dimensione delle frecce rappresentano anche la direzione e la forza della magnetizzazione nel piano, rispettivamente. (d) ed (e) mostrano le risposte di diversi ammassi magnetici a un campo magnetico esterno (B). La direzione del campo magnetico esterno è dalla parte anteriore della pagina alla parte posteriore. La linea retta verde in alto a destra di (e) è una falsa immagine creata dal bordo del campione.
I ricercatori dell'Istituto nazionale di scienza dei materiali (NIMS) hanno utilizzato la microscopia elettronica di Lorentz per dimostrare che gli skyrmioni magnetici si formano spontaneamente come cluster nanomagnetici in un ossido di manganese ferromagnetico con centrosimmetria.
Le strutture a vortice magnetico scoperte di recente note come skyrmioni magnetici hanno dimostrato di avere proprietà molto interessanti e senza precedenti, come un grandissimo effetto Hall anomalo e il moto di skyrmion sotto correnti a bassissima densità. Hanno suscitato speranze nella loro applicazione come nuovi elementi magnetici. Si pensa che la formazione degli skyrmioni richieda l'applicazione di un campo magnetico a un magnete che non ha centrosimmetria.
Però, è stato ora dimostrato per la prima volta mediante osservazione diretta con la microscopia elettronica di Lorentz che i cluster nanomagnetici formano spontaneamente strutture skyrmion anche negli ossidi ferromagnetici di manganese dove le strutture cristalline hanno centrosimmetria. Questo risultato suggerisce la possibilità che si possano formare strutture di skyrmion anche in cluster nanomagnetici e nanoparticelle di vari ferromagneti che non soddisfano le condizioni convenzionalmente ritenute necessarie.
Gli skyrmioni osservati in questa ricerca indicano un fenomeno in cui il vortice magnetico si inverte ripetutamente tra orario e antiorario ad una certa temperatura a causa della fluttuazione termica. È stato inoltre riscontrato, Inoltre, che quando due skyrmion si avvicinano, si invertono nella stessa direzione del vortice in sincronia tra loro. Questo risultato sembrerebbe fornire nuove conoscenze per lo sviluppo di elementi magnetici utilizzando l'interazione tra skyrmioni.
Il risultato indica anche un metodo per determinare l'energia necessaria per invertire il vortice magnetico dei singoli cluster nanomagnetici mediante l'osservazione al microscopio elettronico di Lorentz. Questo metodo potrebbe potenzialmente essere ampiamente applicato con nanomagneti e dispositivi nanomagnetici per i quali è difficile determinare l'energia necessaria per l'inversione magnetica mediante misurazioni ordinarie.
I risultati sono stati annunciati nell'edizione online anticipata della rivista scientifica britannica Nanotecnologia della natura il 29 aprile, 2013.
