Magnetmaterjalide teaduse üks uusimaid suundi on erinevate spinnistruktuuride uurimine. Spinn on tahkist moodustavate elementaarosakeste fundamentaalne seesmine füüsikaline omadus. On teada, et spinnid võivad organiseeruda erinevatesse struktuuridesse, mida saab ära kasutada näiteks andmete salvestamisel. Shinichiro Seki ja tema teadusrühm jälgis esmakordselt materjalis elektrivälja abil muudetavat erilist skürmion (skyrmion) spinnstruktuuri. Avastus võib tulevikus tähendada efektiivsema energiakasutusega spinntehnoloogia seadmeid.
Kunstniku interpretatsioon magnetilise materjali skürmionstruktuurist.
Skürmionid on pööriselise geomeetriaga magnetilised spinnstruktuurid. Skürmionid on oma omaduste tõttu välistele väljalistele mõjutustele väga vastupidavad. Vastupidavus on tehnoloogiaseadmete arendamisel oluline omadus. Lisaks on üksikud skürmionid vaid mõnekümne nanomeetrise läbimõõduga, mis lubab tulevikus neist valmistada kompaktseid spintroonika seadmeid.
Viimaste aastate jooksul on teadlased skürmione vaadelnud mitmetes metallides, mis on olemuselt elektrit juhtivad materjalid. Nüüd tuvastas Seki koos kolleegidega skürmionstruktuuri isolaatormaterjalis Cu2OseO3. Lisaks isoleerivale omadusele paiknevad Cu2OseO3 magnetdomeenid ja elektrilised dipoolid omavahel hästi organiseeritud mustrites. Materjale, milles esineb üheaegselt nii elektriline kui magnetiline korrastatus nimetatakse multiferroidideks. „Cu2OseO3 puhul jälgisime elektrilist korrastatust esmakordselt,“ seletas Seki.
Magnetiliste ning elektriliste omaduste koosesinemine uuritavas materjalis on kaugeleulatuvate järelmõjudega. „Meie analüüs näitab, et iga skürmion suudab hoida sellesse forseeritud elektrilist struktuuri. Lisaks on skürmionide struktuur väliste elektriväljade abil juhitav,“ kommenteeris Seki. Taoline skümrionide manipuleerimine ei ole elektrijuhtides võimalik, milles väline elektriväli põhjustab elektronide voolu, mis omakorda viib soojuslike kadudeni.
Spinnstruktuuride teadussuuna areng on kiire. Hiljutiste nädalate avastused on näidanud, et skürmionid indutseerivad iseenesest elektrilise korrastatuse. Lisaks on eksperimentidega kooksõlastatud teooria näidanud Cu2OSeO3 magnetoelektriliste omaduste mikroskoopilisi tekkepõhjuseid.
Nende avastuste valguses loodab Seki leida skürmioni spinnstruktuure teisteski isolaatorites. „Hiljutised teooriad ennustavad, et skümrionid võivad esineda magnetmaterjalide klassis laias ulatuses. Seetõttu ootame unikaalsete magnetoelektriliste omadustega erinevate spinn-struktuuride avastusi,“ lisas Seki.
Allikas: PhysOrg