盡管科學家們取得了大的進步在這個很小的領域,他們還不完全理解如何設計自旋電子學材料允許超,超快,低功耗設備。 Skyrmions看起來有前途,但科學家們早就把Skyrmions當做只是2 d對象。 然而,最近的研究表明,2 d skyrmions實際上可以是一個3 d的起源模式稱為hopfions旋轉。 但沒有人能夠通過實驗證明在納米磁性hopfions存在。

 現在,一組研究人員共同在伯克利實驗室報告了自然通訊第一個示范和觀察的3 d hopfions新興skyrmions納米(十億分之一米)的磁系統。 研究人員說,他們的發現預示著前進的一大步,實現高密度、高速、低功耗,但ultrastable磁存儲設備,利用電子自旋的內在力量。“我們不僅證明了復雜旋轉紋理像3 d hopfions存在——我們還演示了如何研究,因此利用他們,”文章的第二作者彼得·費希爾說,資深科學家在伯克利實驗室材料科學部門也是一個在加州大學圣塔克魯茲分校物理學副教授。 “了解hopfions真的工作,我們必須知道如何讓他們,研究他們。 這項工作是可能的,只是因為我們有這些神奇的工具在伯克利實驗室,我們與世界各地的科學家合作伙伴關系,”他說。

 根據先前的研究,hopfions skyrmions不同,不漂移時沿著一個設備,因此數據技術的優秀候選人。 此外,理論合作者在英國曾預測,hopfions可能出現從多層二維磁系統。目前的研究是第一個把這些理論測試,費舍爾說。使用奈米制造工具在伯克利實驗室的分子鑄造,諾亞肯特,加州大學圣塔克魯茲分校物理學博士生和費歇爾集團在伯克利實驗室,與分子鑄造員工開拓磁性nanopillars從銥層,鈷和鉑。

 多層材料是由加州大學伯克利分校的博士后學者尼爾·雷諾茲的監督下文章的第二作者弗朗西絲·赫爾曼,握著冠軍的高級教員科學家在伯克利實驗室材料科學部門,物理學和材料科學與工程教授,加州大學伯克利分校。 她還導致美國能源部非平衡磁材料(NEMM)計劃,支持本研究。Hopfions skyrmions在磁性材料共存,但他們有一個旋轉模式在三維空間特征。 所以,告訴他們分開,研究人員使用的組合兩個先進的磁性x射線顯微鏡技術——X-PEEM (x射線光電發射電子顯微鏡)在伯克利實驗室的同步用戶設備,先進的光源; 和磁性軟x射線透射顯微鏡(MTXM)在阿爾巴,同步光設施在巴塞羅那,西班牙——形象截然不同的旋轉hopfions和skyrmions模式。

 確認他們的觀察,研究人員進行了詳細的仿真模擬2 d skyrmions內部磁設備如何進化成3 d hopfions在精心設計的多層結構,以及這些會出現由極化x射線成像。“模擬是一個非常重要的這一過程的一部分,使我們能夠理解實驗圖像和設計結構,將支持hopfions skyrmions,或其他設計三維旋轉結構,”赫爾曼說。了解hopfions最終將函數在一個設備,研究人員計劃雇傭伯克利實驗室的獨特功能和世界一流的研究機構——費舍爾描述為“等進行必要的跨學科工作”——進一步研究不切實際的粒子的動力學行為。“很長一段時間我們就知道旋轉紋理幾乎是不可避免地三維,即使在相對薄膜,但是直接成像實驗的挑戰,”赫爾曼說。 “這里的證據是令人興奮,它打開門發現和探索更多的異國情調的和潛在的巨大的三維自旋結構。”