En una colaboración reciente entre el Centro de Alto Campo Magnético de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China y la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, los investigadores introdujeron el concepto del efecto Kerr topológico (TKE) mediante la utilización de sistema de microscopía de campo magnético de temperatura y sistema de imágenes de microscopía de fuerza magnética respaldado por la instalación experimental de alto campo magnético en estado estacionario.
Los hallazgos, publicados en Nature Physics , son muy prometedores para avanzar en nuestra comprensión de las estructuras magnéticas topológicas.
Originarios de la física de partículas, los skyrmions representan excitaciones topológicas únicas que se encuentran en materiales magnéticos de materia condensada. Estas estructuras, caracterizadas por su disposición de espines en forma de vórtice o anillo, poseen propiedades no triviales que las convierten en candidatos potenciales para dispositivos lógicos y de almacenamiento magnético de próxima generación.
Sin embargo, la detección de skyrmions se ha basado tradicionalmente en el efecto Hall topológico (THE), que se limita a sistemas metálicos. Con el ámbito en expansión de los materiales magnéticos topológicos, existe una necesidad apremiante de técnicas de caracterización aplicables a una gama más amplia de sistemas, incluidos los skyrmions no metálicos.
A partir del descubrimiento de materiales ferromagnéticos bidimensionales en 2017, el equipo de investigación predijo una nueva clase de dichos materiales, CrMX6 (M=Mn, V; X=I, Br), que exhiben estados electrónicos topológicos no triviales.
En este estudio, el equipo sintetizó con éxito CrVI6 bidimensional de alta calidad. monocristales y realizó mediciones precisas del efecto Kerr magnetoóptico (MOKE) de microárea. Sorprendentemente, el bucle de histéresis MOKE reveló prominencias distintivas en forma de "oreja de gato" dentro de rangos de espesor e intervalos de temperatura específicos, que se asemejan al efecto Hall topológico eléctrico observado en los sistemas de skyrmion magnéticos.
Un análisis teórico más detallado reveló que la coexistencia de átomos de Cr y V rompe la simetría de inversión central, el fuerte intercambio Dzyaloshinskii-Moriya (DM) que conduce a la generación de estructuras magnéticas topológicas:skyrmions.
Las simulaciones de dinámica magnética a escala atómica y los cálculos teóricos revelaron la dispersión de electrones conductores por la "carga topológica" de skyrmions bajo un campo fotoeléctrico, dilucidando el mecanismo microscópico detrás de la señal óptica de Kerr durante la inversión de la magnetización.
Basándose en estos hallazgos, el equipo de investigación propuso un nuevo esquema para la detección no destructiva de estructuras magnéticas topológicas utilizando métodos ópticos, aprovechando campos fotoeléctricos alternos y espectroscopia de alto campo magnético.
Este esquema ofrece detección sin contacto y resolución espacial de skyrmions y otras excitaciones topológicas, proporcionando información valiosa sobre sus mecanismos microscópicos y ampliando su rango de aplicación, según el equipo.
Más información: Xiaoyin Li et al, Efectos topológicos de Kerr en imanes bidimensionales con simetría de inversión rota, Física de la naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41567-024-02465-5
Información de la revista: Física de la Naturaleza
Proporcionado por los Institutos Hefei de Ciencias Físicas, Academia China de Ciencias
