Трехмерные магнитные чудеса: хопфионы ведут к технологическому прорыву

Недавно были представлены первые экспериментальные доказательства существования хопфионов — магнитных спиновых структур, предсказанных десятилетия назад. Исследование, опубликованное в журнале Nature, выполнено совместными усилиями учёных из Швеции, Германии и Китая.

Филипп Рыбаков, исследователь из Уппсальского университета, подчеркнул значимость этого открытия как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения. Новое взаимодействие между экспериментальной физикой и абстрактной математической теорией может привести к применению хопфионов в спинтронике.

Спинтроника — перспективная область исследований, изучающая спин электронов и открывающая новые возможности для создания электронных устройств. Магнитные скирмионы и хопфионы, являющиеся топологическими структурами, привлекают внимание ученых своими уникальными свойствами, важными для спинтронических приложений. В отличие от двумерных скирмионов, хопфионы имеют трехмерную структуру, напоминающую закрытые, скрученные скирмионные струны в форме пончика.

Это исследование впервые демонстрирует стабильное существование хопфионов в кристаллах FeGe типа B20, используя методы просвечивающей электронной микроскопии и голографии. Результаты полностью согласуются с микромагнитными симуляциями.

Открытие хопфионов открывает новые горизонты в экспериментальной физике, такие как изучение взаимодействия хопфионов с электрическими и спиновыми токами, их динамику, а также поиск других кристаллов, в которых они стабильны.

Рыбаков отмечает, что хопфионы могут играть важную роль в развитии трехмерных технологий, таких как расчетная память, нейроморфные вычисления и кубиты. Благодаря своей трехмерности хопфионы обладают дополнительной степенью свободы по сравнению со скирмионами, что позволяет им двигаться в трех измерениях.