Cu2OSeO3 – материал с необычными магнитными свойствами. Магнитные спиновые вихри, известные как скирмионы, образуются в определенном температурном диапазоне при наличии небольшого внешнего магнитного поля. В настоящее время для стабилизации их фазы требуются умеренно низкие температуры около 60 К (-213 градусов Цельсия), но представляется возможным сместить этот температурный диапазон до комнатной.
Самое интересное в скирмионах заключается в том, что их можно очень легко привести в движение и управлять ими, что открывает новые возможности для снижения энергии, необходимой для обработки данных.
Теоретическая работа предсказывала, что должна быть возможность использовать высокочастотное электрическое поле для возбуждения группы скирмионов в образце, так что их ядра будут вращаться все вместе, синхронно, как рой рыб, по часовой стрелке или против часовой стрелки, или, альтернативно, они может даже "дышать".
Теперь команде удалось впервые детально измерить динамику этих скирмионов с использованием монокристаллического образца Cu2OSeO3. «Обычные лабораторные методы, такие как ферромагнитный резонанс, не могут непосредственно обнаружить отклонение спинов в фазе скирмиона и поэтому не подходят для выборочного наблюдения за их возбуждением. Поэтому нам пришлось придумать что-то новое », – объясняет проф.
Кристиан Бэк, из Мюнхенского технического университета.
Команде BESSY II удалось объединить метод спинового разрешения с внешним микроволновым полем. «Метод резонансного магнитного рассеяния в сочетании с магнитными векторными внешними полями показывает, где спины расположены в решетке и как они ориентированы в пространстве, и все это для каждого вида элементного спина, который может существовать в образце», – объясняет доктор.
Флорин Раду, из Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), физик, который разработал и установил оконечную станцию VEKMAG в сотрудничестве с партнерами из Университета Регенсбурга, Рурского университета Бохума и Свободного университета Берлина. Строительство и дальнейшее развитие станции VEKMAG поддерживается Федеральным министерством образования и исследований Германии (BMBF) и HZB.
Используя возбуждение ферромагнитного резонанса, индуцированное электрическим полем, и записав интенсивность рентгеновского излучения так называемого пика Брэгга, исследовательская группа впервые экспериментально продемонстрировала, что все три характерных режима колебаний возникают в Cu2OSeO3 – группа наблюдала, как магнитные скирмионы вращаются по часовой стрелке, против часовой стрелки. , расширяясь и сжимаясь (режим «дыхания»).
Эти режимы можно переключать и поворачивать, изменяя частоту микроволнового поля: каждый динамический режим достигается для определенной частоты, которая дополнительно зависит от внешнего магнитного поля, а также от других внутренних параметров образца. «Это первый шаг к фазовой характеристике вращательного движения управляемого скирмиона», – говорит Раду.