研究人员采取了一种别出心裁的“构造竞争”策略：将两种化学构成接近但晶体对称性不合的化合物混淆——一类由锰、钴和锗构成，另一类则由锰、钴和砷构成，而锗与砷在元素周期表中互为邻居。两种晶体构造在成分交界处无法同时保持完全稳定，从而产生所谓“构造挫折”，这种不稳定在微不雅层面被“转译”为磁性上的“挫折”，迫使原子自旋产生扭曲，最终在晶体内部自发组织成周期性旋涡图案。
从应用前景看，这类承载斯格明子式自旋纹理的材料被认为有望用于开辟信息密度更高的硬盘或存储介质，并晋升电子传输效力。因为经由过程磁场操控斯格明子所需能量极低，将其引入电子或自旋电子器件，有望明显降低能耗，尤其在拥稀有千甚至数万处理器的大年夜型超等计算体系中，节俭的电力及冷却成本可能极为可不雅。
在惯例磁体中，大年夜量原子自旋像小箭头一样整洁指向同一偏向，或呈简单的反平行分列，从而产生我们熟悉的宏不雅磁性，用于计算机硬盘、智妙手机等设备。而在这项工作中，科研团队发明的新资估中，自旋不再简单列队，而是形成更为复杂的环状、波状构造，即所谓“自旋纹理”，个中包含类似“斯格明子”（skyrmion）的螺旋或回旋构型，这类拓扑自旋构造是当今凝集态物理和材料化学范畴的前沿研究热点。
为肯定这种斯格明子式磁构造，团队应用美国能源部橡树岭国度实验室的“飞溅中子源”用户举措措施，在TOPAZ单晶中子衍射仪上对样品进行了精细测量，并结合新近成长出的数据处理与机械进修对象，对复杂磁构造进行了高置信度解析。研究者指出，这一才能使他们不仅能“发明”独特自旋纹理，更可以或许朝着“按需设计与优化”这些磁构造的偏向迈进，为信息与量子技巧的材料设计供给新路径。
此外，研究人员认为，这种基于“构造挫折”的设计思路也可能为寻找可用于构建“容错型”量子比特的材料供给线索。所谓容错量子计算，是指经由过程材料与构造设计，让量子信息在存在噪声和误差的实际情况中仍可稳定存储和运算，被视为量子信息处理的“圣杯”，而复杂自旋纹理材料被认为是实现此类筹划的一条潜在路径。
与以往更多依附“材料猎奇”的路线不合，这项研究强调的是一种“化学思维”：不再只是在已知材料库中“搜寻”具备特定对称性的候选，而是从构造与自旋之间的内涵关系出发，主动设计成分和晶体框架的组合，以引诱预期的磁纹理出现。研究团队表示，他们欲望借此构建一种猜测才能——经由过程事先设定元素与构造的组合，就能在纸面上推表演可能出现的新材料及其磁性特点，而不是仅靠实验试错。
这种办法的一个重要附加收益，是有望大年夜幅拓展可用于产生斯格明子类自旋纹理的原料选择范围，从而找到成本更低、晶体更易发展、供给链更稳健的材料体系，更利于将来大年夜范围技巧应用。相干成果以“源自构造挫折的资估中出现斯格明子式自旋纹理”为题揭橥在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上，研究应用的举措措施包含佛罗里达州立大年夜学实验平台和橡树岭国度实验室的中子散射装配，并获得美国国度科学基金会赞助。
编译自/ScitechDaily
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