Экзотическое свойство «амбидекстровых» кристаллов указывает на новые магнитные явления

Хиральность, или хиральность, является чрезвычайно важным фундаментальным свойством объектов во многих областях физики, математики, химии и биологии; киральный объект никак не может быть наложен на его зеркальное отображение. Простейшие хиральные объекты — это руки человека, отсюда и сам термин. Противоположность хиральности — ахиральность: круг или квадрат — простые ахиральные объекты.

Хиральность может применяться к гораздо более сложным объектам; например, конкурирующие внутренние взаимодействия в магнитной системе могут приводить к появлению периодических магнитных текстур в структуре, которые отличаются от их зеркальных отображений — это называется киральным ферромагнитным упорядочением. Хиральные кристаллы широко считаются многообещающими кандидатами для реализации устройств для хранения и обработки магнитных данных, поскольку информация может быть закодирована с помощью их нетривиальных магнитных текстур.

Анастасия Первишко, научный сотрудник Центра вычислительной и интенсивной обработки данных (CDISE) Сколтеха, и ее коллеги использовали анализ на основе симметрии и численные вычисления для предсказания существования антихирального ферромагнетизма — разновидности ферромагнитного упорядочения, когда оба типа хиральность (хиральность) существуют одновременно и чередуются в пространстве.

«В отличие от хиральной и ахиральной текстур, мы предсказываем принципиально иное магнитное упорядочение в тетраэдрических ферромагнетиках. Мы используем термин «антихиральность», чтобы подчеркнуть спонтанную модуляцию направления намагниченности с чередованием пространственной хиральности между правым и левым, индуцированным симметрией кристалла », — говорит Первышко.

Она объясняет, что хиральность в этой периодической магнитной текстуре чередуется в пространстве, в то время как средний инвариант кручения равен нулю. «Можно представить это как магнитную модуляцию, в которой одна часть характеризуется правосторонностью, а другая — левизной; это кардинально отличается от обычных хиральных текстур, в которых сохраняется ручность », — добавляет Первышко.

Примеры периодических магнитных текстур и их геометрических отражений. (а) Циклоида, также известная как стены типа Нееля. (б) Спираль, также известная как стены типа Блоха. (c) Антихиральная модуляция, обнаруженная в настоящей работе. Кредит: DOI: 10.1103 / PhysRevB.104.L020406.

Команда показала, что антихиральный ферромагнетизм можно наблюдать в классе кристаллов, в которых многие минералы образуются естественным образом. Для этого они изучили магнитное упорядочение в структуре с тетраэдрической симметрией кристалла и использовали микромагнитный анализ, чтобы вывести это новое антихиральное упорядочение.

«Благодаря этому нетрадиционному основному состоянию предлагаемое магнитное упорядочение может привести к богатому семейству магнитных явлений, включая уникальные магнитные домены и скирмионы, которые фундаментально отличаются от хиральных текстур. Это открытие инициирует дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования этого типа магнитных материалов », — заключает Анастасия Первишко.