Група вчених з Німеччини, Швеції та Китаю відкрила нове фізичне явище: складні плетені структури, що складаються з крихітних магнітних вихорів, відомих як скірміони. Скірміони були вперше виявлені експериментально трохи більше десяти років тому і з тих пір стали предметом численних досліджень, а також послужили можливою основою для інноваційних концепцій обробки інформації, які забезпечують кращу продуктивність і менше споживання енергії. Крім того, скірміони впливають на магніторезистивні та термодинамічні властивості матеріалу. Таким чином, відкриття актуальне як для прикладних, так і для фундаментальних досліджень.
Мотузки, нитки і плетені конструкції можна побачити всюди в повсякденному житті. Ці структури також зустрічаються і в природі і можуть, наприклад, надавати рослинним волокнам міцність на розтягнення або вигин. Тепер фізики виявили, що такі структури існують в наномасштабі в сплавах заліза і металоїдного німеччина.
Кожна з цих нанострунних стрічок складається з декількох скірміонів, скручених разом більшою або меншою мірою, як нитки мотузки. Кожен скірміон сам по собі складається з магнітних моментів, які спрямовані в різні боки і разом приймають форму подовженого крихітного вихору.
Окрема нитка скирміона має діаметр менше одного мікрометра. Довжина магнітних структур обмежена тільки товщиною зразка; вони простягаються від однієї поверхні зразка до протилежної поверхні.
Більш ранні дослідження інших вчених показали, що такі волокна в основному лінійні і мають майже стрижневу форму. Однак мікроскопічні дослідження надвисокої роздільної здатності, проведені в Центрі Ернста Руска виявили більш різноманітну картину: насправді нитки можуть скручуватися разом різною мірою. За словами дослідників, ці складні форми стабілізують магнітні структури, що робить їх особливо цікавими для використання в різних додатках.
"Математика містить безліч таких структур. Тепер ми знаємо, що ці теоретичні знання можна втілити в реальних фізичних явищах ", - кажуть вчені. "Ці типи структур всередині магнітних тіл мають унікальні електричні та магнітні властивості. Однак для підтвердження цього необхідні подальші дослідження ".
Щоб пояснити розбіжність між цим дослідженням і попередніми, вчені вказують, що аналізи з використанням електронного мікроскопа надвисокої роздільної здатності не просто надають зображення зразка, як, наприклад, у разі оптичного мікроскопа. Це пов'язано з тим, що квантово-механічні явища вступають в гру, коли електрони високої енергії взаємодіють з електронами в зразку.
"Цілком можливо, що інші дослідники теж бачили ці структури під мікроскопом, але не змогли їх інтерпретувати. Це пов'язано з тим, що за отриманими даними неможливо безпосередньо визначити розподіл напрямків намаганості в зразку. Замість цього необхідно створити теоретичну модель зразка і згенерувати з неї свого роду електронно-мікроскопічне зображення ", - говорить Микола Кисельов, один з авторів роботи.
«Якщо теоретичні та експериментальні зображення збігаються, можна зробити висновок, що модель здатна відображати реальність».
Дослідження було опубліковано в Nature Communications.
