??
研究人員最初打算尋找Skyrmion，這是一種旋轉(zhuǎn)的磁自旋結(jié)構(gòu)，理論上存在于特定的磁性材料中。由于其獨特的特性和新一代節(jié)能數(shù)據(jù)存儲的潛力，物理學(xué)家對此非常感興趣。為了找到它們，科學(xué)家們尋找霍爾效應(yīng)的異常行為，這就導(dǎo)致電子在通過導(dǎo)電材料時表現(xiàn)出不同的行為并用電阻率來進行測量。
為了誘導(dǎo)這種效應(yīng)，研究小組將鐵電體材料、鈦酸鉛的極薄薄膜跟另一種鐵磁體、鍶酸鹽薄膜結(jié)合在一起制作了樣品。這些層在原子層面上是平坦的，只有5到6個單元（3納米）厚。
鐵電層產(chǎn)生的電場扭曲了鐵磁體的原子結(jié)構(gòu)從而打破了它的對稱性。研究人員通過使用原子精密電子顯微鏡測量了這種對稱性破壞，同時也能單獨測量材料的電阻率并確認了類似于拓撲霍爾效應(yīng)的特征的存在，這是對Skymion的預(yù)期。
然后研究人員使用磁力顯微鏡檢查了材料原子結(jié)構(gòu)的拓撲結(jié)構(gòu)，其形成了一個基于矩形的晶格，而非像他們預(yù)期的六邊形。在這個晶格中是磁疇，在磁疇中，Skyrmion會被發(fā)現(xiàn)為獨立、孤立的粒子。相反，這些區(qū)域更像是一串或項鏈上的珠子，這些珠子永遠不會形成一個完全的圓形。
該研究的論文首席作者Sam Seddon表示：“一旦你仔細檢查這些圖像，你會意識到，實際上，這根本不像一個Skyrmion。”
“一個Skymion會產(chǎn)生它自己復(fù)雜的霍爾效應(yīng)，當觀察到類似效果時，它通常會被認為是Skymion的簽名。我們發(fā)現(xiàn)了一個非常有序的疇結(jié)構(gòu)，就像Skymion晶格的形成一樣，但它們只是手性的且沒有拓撲保護。通過真實空間成像的證據(jù)表明，你不需要一個拓撲域就能產(chǎn)生這種霍爾效應(yīng)。”
鐵電材料和鐵磁材料是計算機存儲和存儲等技術(shù)的重要組成部分。如由于堅固性和在極端溫度下工作的能力，跟鈦酸鉛非常相似的材料經(jīng)常被用于汽車電子系統(tǒng)的計算機內(nèi)存。
來自華威大學(xué)的論文合著者Marin Alexe教授表示“人們對鐵電材料和鐵磁材料之間的這種界面很感興趣，如用于新型計算機內(nèi)存。由于鐵電極化可以永久轉(zhuǎn)換，這就改變了鐵磁體中的量子效應(yīng)，這可能會給我們下一個量子計算機的材料方向。這將需要在極端溫度下工作的穩(wěn)定材料，它們低功耗、可以存儲信息很長一段時間，因此所有的成分都在這里。拓撲學(xué)是某些數(shù)學(xué)概念在現(xiàn)實生活中的轉(zhuǎn)化，現(xiàn)在是物理學(xué)新發(fā)現(xiàn)的核心。在華威大學(xué)，我們有一個非凡和先進的基礎(chǔ)設(shè)施，使我們能從理論角度解決問題、觀察原子結(jié)構(gòu)、直到在極端溫度和場特別是磁場下研究功能屬性。我們能為工程師開發(fā)新技術(shù)提供基礎(chǔ)。”
