Эксперименты с трёхмерным магнитным полем на синхротроне BESSY II в Германии раскрывают механизм управления магнитными текстурами слабыми полями

Команда из Центра Гельмгольца в Берлине (HZB) провела эксперименты с трёхмерным магнитным полем на синхротроне BESSY II и добилась прогресса в исследовании управления магнитными текстурами в магнитном материале (Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P (сокращённо FNPP). Исследование показало, что даже очень малое внешнее магнитное поле в плоскости образца способно изменить структуру магнитных полос в этом материале, что даёт новую экспериментальную основу для разработки функциональных магнитных материалов для спинтроники.

FNPP — это магнитный материал, который демонстрирует сложные магнитные структуры уже при комнатной температуре, поэтому он привлекает внимание исследований в области спинтроники. Считается, что спинтроника может быть использована для обработки данных с более низким энергопотреблением и для новых типов хранения данных. Однако для практического применения ключевым остаётся вопрос о возможности контролируемого создания и изменения требуемых магнитных структур, что по-прежнему является сложной задачей в современных исследованиях.

В данном исследовании команда доктора Флорина Раду использовала мягкое рентгеновское излучение и когерентную дифракционную томографию на BESSY II для наблюдения за образцами FNPP, прикладывая внешнее магнитное поле в определённых пространственных направлениях и регистрируя изменения внутренних магнитных текстур материала в реальном времени. Эксперименты проводились с использованием векторного магнита VEKMAG, разработанного командой. Эта установка способна создавать магнитные поля напряжённостью до 1 теслы в трёх пространственных направлениях, что позволяет проводить исследования магнитных структур в условиях трёхмерного магнитного поля.

Первый автор статьи, доктор Виктор Уклеев, отметил, что в ходе экспериментов было обнаружено: когда внешнее магнитное поле прикладывается не перпендикулярно магнитным полосам, а параллельно этим структурам, домены магнитных полос можно контролировать. Ещё более неожиданным для исследователей стало то, что слабое магнитное поле напряжённостью всего 10 миллитесл способно преобразовать хиральную полосовую конфигурацию в нехиральную веерную конфигурацию.

Команда исследователей объяснила это явление с помощью модельных расчётов. В FNPP различные магнитные взаимодействия конкурируют друг с другом, что приводит к формированию сложных магнитных текстур. Одно из этих взаимодействий является приблизительно изотропным, тогда как другое важное взаимодействие имеет предпочтительное направление. Эксперименты показали, что слабое магнитное поле в плоскости образца способно установить новый баланс между этими взаимодействиями и, таким образом, изменить полосовое состояние.

Исследователи полагают, что FNPP может служить модельной системой для внешнего управления спиновыми текстурами. Полученные результаты способствуют дальнейшему пониманию механизмов контроля сложных магнитных структур и стимулируют исследования функциональных магнитных материалов для спинтроники.