Camilla Thulin, Uppsala Universiteti

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Dəmir germaniumun (FeGe) nazik təbəqəsi daxilində üçölçülü maqnit hopfionunun kompüter simulyasiyası (rəqəmsal əkiz). Müəllif: Philipp Rybakov

Femtosaniyə lazer işığının saniyənin bir neçə trilyonda biri qədər davam etməsi ilk dəfə olaraq yeni maqnit strukturlarını müşahidə etməyi mümkün etdi. Tədqiqatçılar işığı uzaqdan idarəetmə kimi istifadə etməklə maqnetizmi nanoskalada əvvəllər görünməmiş üçölçülü vəziyyətə keçirə bildilər.

Maqnetizm çox vaxt sadə, bir istiqamətə və ya digər istiqamətə yönəlmiş bir şey kimi təsəvvür edilir. Lakin çox kiçik miqyaslarda maqnetizm daha mürəkkəb şəkildə özünü göstərə bilər. Maqnetizm elektronların spin adlanan kvant xüsusiyyətindən qaynaqlanır və bu xüsusiyyət hər bir elektronun daşıdığı kiçik bir daxili kompas kimi qəbul edilə bilər. Bir çox spin bərk materialın içərisində qarşılıqlı təsir göstərdikdə, sabit naxışlara çevrilə bilər.

İlk dəfə müşahidə edildi

“Nature Physics” jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada , İsveç-Alman-Lüksemburq-Çin tədqiqatçılarının əməkdaşlığı maqnit hopfyonlarını müşahidə edib. Hopfyon, elektron spinlərinin məhdud bir material həcmində bütün mümkün istiqamətləri göstərdiyi üçölçülü maqnit quruluşudur.

Maqnit hopfionlarının analoqları əvvəllər qeyri-maqnit sistemlərində müşahidə edilmişdir. Lakin maqnit materiallarında onların müstəqil mövcudluğu indiyə qədər yalnız nəzəriyyə ilə proqnozlaşdırılırdı və birbaşa eksperimental müşahidə əsas problem olaraq qalırdı.

Uppsala Universitetinin Fizika və Astronomiya kafedrasının tədqiqatçısı və tədqiqatın arxasında duran tədqiqatçılardan biri olan Filipp Rıbakov deyir: “Hopfionlar quruluşlarına görə valehedicidirlər. Onlar qapalı və əlaqəli halqalar əmələ gətirən spinlərdən ibarət üçölçülü obyektlərdir. Onlar peyda olduqdan sonra formalarını saxlayır və ətraf mühitdən demək olar ki, təsirlənmirlər.”

Təcrübələr kiral maqnit kristalları üzərində aparılmışdır . Kiral maqnit kristalında quruluş sol əl və sağ əl kimi bir-birinin güzgü görüntüləri olan iki variantda olur. Eyni atomlardan ibarət olsalar da, iki forma fırlanma yolu ilə mükəmməl şəkildə uyğunlaşdırıla bilməz. Bu daxili asimmetriya maqnit fırlanmalarının materialın içərisində necə yerləşməsinə güclü təsir göstərir.

Femtosaniyə lazer impulslarından istifadə etməklə yaradılmışdır

Tədqiqatçılar təxminən 110-200 nanometr qalınlığında dəmir germaniumun (FeGe) nazik təbəqələrini araşdırdılar. Maqnit hopfiyaları nəzəriyyə tərəfindən bir neçə ildir proqnozlaşdırılsa da, onları eksperimental olaraq müşahidə etmək olduqca çətin oldu. Normal şəraitdə maqnit sistemi bu vəziyyətlərə asanlıqla çatmır, çünki enerji maneələrini dəf etməlidir.

Bu irəliləyişi mümkün edən şey femtosaniyə lazer impulslarının istifadəsi idi . Femtosaniyə son dərəcə qısa bir zaman anı, saniyənin milyardda birinin milyonda biri deməkdir. Lazer impulsları spin sistemini qısa müddətə poza və onu tarazlıqdan çıxara bilər və yeni maqnit vəziyyətlərinin əmələ gəlməsinə imkan verə bilər.

Təcrübədə nisbətən böyük bir səth FeGe ilə örtülmüş və saniyədə bir dəfə femtosaniyə lazer işığı ilə işıqlandırılmışdır. Lazer məruz qaldıqdan sonra tədqiqatçılar qabaqcıl elektron əsaslı mikroskopiya texnikalarından istifadə edərək materialın maqnit vəziyyətini araşdırdılar. Daha sonra təcrübə eyni şərtlər altında təkrarlana bilər ki, bu da nəticələri diqqətlə sınaqdan keçirməyə və yoxlamağa imkan verir.

Təcrübələr, nəzəri hesablamalar və simulyasiyalar

Təcrübələr aparıldığı zaman eyni maqnit strukturları əvvəllər Rıbakov tərəfindən hazırlanmış və tədqiqat qrupu tərəfindən qəbul edilmiş simulyasiya proqramı olan Excalibur istifadə edərək ətraflı kompüter simulyasiyalarında yenidən yaradıldı. Proqram təminatı milyonlarla qarşılıqlı təsir göstərən spinin necə inkişaf etdiyini və mürəkkəb üçölçülü nümunələrə necə təşkil olunduğunu modelləşdirir. Bu simulyasiyalar təcrübələrin rəqəmsal əkizləri kimi çıxış edir.

Ölçmələr simulyasiyalarla müqayisə edildikdə, müşahidə edilən strukturlar maqnit hoppanmalarının nəzəri modelləri ilə uyğun gəldi.

İşin əsas hissəsi maqnit vəziyyətlərinin topoloji təhlili idi. Topologiya, düyünlər və ya əlaqəli ilgəklər kimi davamlı deformasiyalar altında dəyişməz qalan formaların və daha mürəkkəb həndəsi obyektlərin xüsusiyyətlərini təsvir edən riyaziyyatın bir qoludur. Rıbakov, hopfionları fərqli və sabit üçölçülü maqnit strukturları kimi müəyyən etməyə imkan verən nəzəri və topoloji işə rəhbərlik etmişdir.

Tədqiqat, nəzəriyyə ilə təcrübə arasında sıx əməkdaşlığın nəticəsidir və eksperimental işlər və nəzəri modelləşdirmə paralel olaraq inkişaf etdirilir. Rıbakov deyir ki, “Nəzəriyyə bizi düzgün istiqamətə yönəltməyə kömək etdi, təcrübələr strukturları görünən etdi və simulyasiyalar və topologiya gördüklərimizi şərh etməyimizə kömək etdi”.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Paralel təcrübə

Nəticələr tək bir materialdakı hopfionlarla məhdudlaşmır. Synergetic Extreme Condition User Facility (SECUF)-da aparılan paralel işlərdə fərqli bir kiral materialda maqnetizmi idarə etmək üçün eyni işığa əsaslanan yanaşma istifadə edilmişdir. Nature Communications jurnalında dərc olunmuş həmin tədqiqatda tədqiqatçılar üçölçülü hopfionların analoqları kimi görünə bilən ikiölçülü maqnit strukturları olan sözdə bimeronları nümayiş etdirdilər. Birlikdə götürüldükdə, bu tədqiqatlar göstərir ki, lazer işığı müxtəlif materiallarda və həm iki, həm də üç ölçülü yeni maqnit vəziyyətlərinə daxil olmaq üçün ümumi bir vasitə kimi xidmət edə bilər.

Spintronics istifadə edərək yeni imkanlar

Bu kəşf gələcək tədqiqatlar üçün yeni imkanlar açır. Hopfionlar sabit, üçölçülü maqnit strukturları olduğundan, məlumatı saxlamaq və emal etmək üçün elektrik yükü əvəzinə elektron spinindən istifadə edildiyi spintronika üçün maraq doğurur.

“Femtosaniyə lazer işığından istifadə edərək, indi maqnetizmi bu mürəkkəb vəziyyətlərə çevirməyin bir yolu var. Bu, bizə maqnit hadisələrini əvvəllər mümkün olmayan yollarla araşdırmağa imkan verir”, – deyə Rıbakov bildirir.

Nəşr detalları

Xiaowen Chen və digərləri, Maqnit hopfionlarının lazerlə induksiya olunmuş nüvələşməsi, Təbiət Fizikası (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03236-0

Kaixin Zhu və digərləri, Kiral maqnitdə işıqla induksiya olunmuş bimeronlar, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-71291-5

Jurnal məlumatları: Təbiət Kommunikasiyaları , Təbiət Fizikası  

Əsas anlayışlar

MaqnetizmOptika və lazerlər2 ölçülü sistemlərElektron texnikaları

Uppsala Universiteti tərəfindən təmin edilir