Imágenes de gran aumento de grupos nanomagnéticos. (a) y (b) son imágenes en las que el enfoque se ha desplazado del enfoque exacto a, respectivamente, el lado negativo y el lado positivo. (c) es un mapa de la distribución de magnetización en el plano determinada a partir de (a) y (b). La distribución y densidad de colores representan la dirección y la fuerza, respectivamente, de la magnetización en el plano (ver figura insertada en la parte inferior derecha). La dirección y el tamaño de las flechas también representan la dirección y la fuerza de la magnetización en el plano, respectivamente. (d) y (e) muestran las respuestas de diferentes grupos magnéticos a un campo magnético externo (B). La dirección del campo magnético externo es desde el frente de la página hasta el final. La línea recta verde en la parte superior derecha de (e) es una imagen falsa hecha por el borde de la muestra.
Investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) han utilizado la microscopía electrónica de Lorentz para demostrar que los skyrmions magnéticos se forman espontáneamente como grupos nanomagnéticos en un óxido de manganeso ferromagnético con centrosimetría.
Se ha demostrado que las estructuras de vórtice magnético recientemente descubiertas conocidas como skyrmions magnéticos tienen propiedades muy interesantes y sin precedentes. como un efecto Hall anómalo muy grande y un movimiento skyrmion bajo corrientes de densidad ultrabaja. Han levantado esperanzas de su aplicación como nuevos elementos magnéticos. Se cree que la formación de skyrmions requiere la aplicación de un campo magnético a un imán que no tiene centrosimetría.
Sin embargo, Ahora se ha demostrado por primera vez mediante observación directa con microscopía electrónica de Lorentz que los grupos nanomagnéticos forman espontáneamente estructuras de skyrmion incluso en óxidos ferromagnéticos de manganeso donde las estructuras cristalinas tienen centrosimetría. Este resultado sugiere la posibilidad de que se formen estructuras de skyrmion incluso en cúmulos nanomagnéticos y nanopartículas de varios ferromagnetos que no cumplen las condiciones que convencionalmente se consideran necesarias.
Los skyrmions observados en esta investigación indican un fenómeno en el que el vórtice magnético se invierte repetidamente entre el sentido de las agujas del reloj y el sentido contrario a las agujas del reloj a una determinada temperatura debido a la fluctuación térmica. También se encontró, es más, que cuando dos skyrmions se acercan, se invierten en la misma dirección de vórtice en sincronía entre sí. Este resultado parecería proporcionar nuevos conocimientos para el desarrollo de elementos magnéticos utilizando la interacción entre skyrmions.
El resultado también apunta a un método para determinar la energía necesaria para invertir el vórtice magnético de los grupos nanomagnéticos individuales mediante la observación del microscopio electrónico de Lorentz. Este método podría potencialmente aplicarse ampliamente con nanoimanes y dispositivos nanomagnéticos para los que es difícil determinar la energía requerida para la inversión magnética mediante una medición ordinaria.
Los hallazgos fueron anunciados en la edición avanzada en línea de la revista científica británica. Nanotecnología de la naturaleza el 29 de abril 2013.
