Osservato un nuovo tipo di difetto topologico nei magneti chirali

I “difetti topologici” si formano quando la simmetria di un materiale magnetico viene interrotta. Le pareti di dominio (DW) sono un tipo di difetto topologico che separa regioni con diversi orientamenti magnetici.

Un fenomeno ampiamente studiato, la manipolazione di questi difetti ha potenziali applicazioni in dispositivi di archiviazione di memoria ad alte prestazioni, dispositivi di elaborazione dell’energia e calcolo quantistico.

Recentemente, la possibilità di altri difetti topologici incorporati o combinati con i DW ha attirato l’attenzione per le loro potenziali applicazioni in diversi campi della fisica. Alcuni esempi di questi “difetti” sono chiamati skyrmioni DW e bimeroni DW. Sebbene i modelli teorici abbiano supportato l’esistenza di questi difetti, ad oggi non sono stati ancora osservati sperimentalmente.

In un nuovo studio pubblicato su Nature Communications, il professore Masahiro Nagao della Nagoya University, in Giappone, insieme ai suoi colleghi hanno utilizzato una microscopia elettronica a trasmissione di Lorentz (LTEM) per visualizzare questi difetti. Sono stati in grado di farlo passando gli elettroni e osservando le loro deviazioni attraverso una sottile pellicola magnetica.

I difetti topologici sono stati osservati come coppie contrastanti di aree chiare e scure. Usando questa tecnica, il team ha ripreso i difetti topologici in un film sottile magnetico chirale fatto di cobalto, zinco e manganese.

Inizialmente, i ricercatori hanno osservato un singolo difetto DW quando il film non era magnetizzato. Magnetizzando il film e facendo passare un campo magnetico perpendicolare al film, hanno potuto osservare lo sviluppo di due tipi di DW.

I DW convenzionali sono stati visti come linee nere, mentre catene di bimeroni DW sono stati visti come punti ellittici luminosi sulle immagini LTEM. Questi due tipi di DW sono apparsi alternativamente e in coppia.

I ricercatori hanno notato che i DW aumentavano con l’aumentare della forza del campo magnetico e alla fine scomparivano dopo il raggiungimento di una certa soglia. Per confermare la loro scoperta, i ricercatori hanno utilizzato l’equazione del trasporto dell’intensità per ottenere le distribuzioni magnetiche che hanno rivelato magnetizzazioni opposte su entrambi i lati della catena di DW, confermando che sono bimeroni DW.

I ricercatori potrebbero finalmente proporre una spiegazione di questi difetti e del loro meccanismo di formazione.

Come spiega il professor Nagao, i film sottili di magneti chirali, mostrano bimeroni incatenati e isolati che giocano rispettivamente un ruolo e sono realizzati, non solo dal componente di anisotropia magnetica nel piano, ma anche dalla combinazione dell‘interazione Dzyaloshinskii-Moriya, anisotropia magnetica fuori piano, interazione dipolare ed effetto Zeeman.

Le scoperte del team fanno luce sui difetti topologici nei magneti chirali e hanno implicazioni nei campi della fisica legati alla topologia, che vanno dalle scale di lunghezza cosmologiche alla materia condensata.