Учёные из Университета Штутгарта обнаружили новый магнитный режим в четырёхслойном материале на основе хрома и иода (CrI3), который позволяет создавать сверхмалые и устойчивые магнитные вихри — скирмионы (skyrmions). Скирмионы — это топологически защищённые структуры, способные хранить информацию на нанометровом уровне и отличающиеся высокой стабильностью.
В ходе эксперимента исследователи слегка повернули две пары слоёв CrI3 относительно друг друга. Эта небольшая ротация привела к формированию уникальной магнитной конфигурации, где и возникли скирмионы. В отличие от обычных (нескрученных) слоёв, скрученный материал проявляет имеет магнитное поле и проявляет устойчивость к внешним воздействиям.
Для наблюдения этих слабых магнитных сигналов команда использовала квантовый микроскоп на основе NV-центров в алмазе — технологию, разработанную и отработанную в Центре прикладных квантовых технологий (ZAQuant) за последние 20 лет. Это позволило напрямую визуализировать скирмионы и подтвердить их стабильность.
Открытие не только расширяет возможности для сверхплотной магнитной памяти, но и требует пересмотра существующих теоретических моделей коллективного поведения электронов в двумерных магнитных системах. Экспериментальная часть проводилась в Штутгарте, моделирование — в Эдинбурге, а в проекте участвовали учёные из Японии, США и Канады.
Скирмионы в скрученном двумерном магните могут стать новым фундаментом будущих носителей информации, способных хранить данные с рекордной плотностью и надёжностью.