一個小小的扭曲就會在二維晶體中產生巨大的磁性斯格明子

現在研究人員報告 自然奈米科技 在這些條件下，磁性也會以令人驚訝的方式表現出來。在抗扭曲磁性層中，磁自旋圖案不限於小的重複莫爾晶胞。或者，它們可以擴散成跨越數百奈米的更大的拓撲。

莫爾圖案背後的巨大磁性紋理

在大多數摩爾紋系統中，物理效應的大小直接由兩個晶格重疊時產生的干涉圖案決定。人們普遍預期范德華磁鐵中的磁性排列將遵循相同的長度尺度。新的發現挑戰了這個假設。

研究團隊檢查了扭曲雙層三碘化鉻 (CrI₃）使用氮真空磁力測定法，這是一種以奈米級分辨率可視化磁場的技術。他們觀察到磁性組織的距離可達約 300 nm，這遠遠超出了單一莫爾細胞的大小，大約比基本波長大十倍。

扭曲角度效應是違反直覺的

結果揭示了一種意想不到的模式。當扭轉角變小時，波紋的波長增加。然而，磁性紋理根本不會隨著他一起成長。相反，它的星等會向相反方向變化，在 1.1° 附近達到最大值，並在約 2° 以上消失。

這種逆轉表明磁性不僅僅複製莫爾條紋模板。相反，它們是由幾種競爭力量之間的平衡產生的，包括交換相互作用、磁各向異性和 Dzialushynski-Moria 相互作用。所有這些都透過層之間相對旋轉的方式進行微妙的修改。大規模自旋動力學模擬支持了這種解釋，證明了延伸穿過多個莫爾細胞的尼爾型反鐵磁斯格明子的形成。

斯格明子與低能自旋電子學

這些結果的意義超越了基礎物理學的範圍。斯格明子對於未來的資訊科技來說是有希望的，因為它們體積小、穩定並且受到拓撲的保護。它們還可以使用很少的能量進行運輸。只需調整扭轉角即可創建它們，無需光刻、重金屬或強電流，為低功耗自旋電子裝置提供了一條乾淨的幾何路徑。

研究人員將這種現象描述為超波浪自旋系統，強調扭轉幾何在多個層面上運作。原子排列的變化可以在更大的介觀距離上創建拓撲結構。這挑戰了長期以來認為莫爾物理只是局部效應的觀點，並將扭轉角確立為強大的熱力學控制參數，能夠調節相互作用、各向異性和手性相互作用以穩定拓撲相。

從實用的角度來看，這些大型、堅固的 Néel Skyrmionic 燈具非常適合整合到電器中。它們較大的尺寸使它們更容易被發現和處理。同時，拓樸保護和介電主體材料在工作過程中表現出非常低的功率損耗。隨著科學家不斷探索幾何形狀如何塑造量子行為，這種新興的磁態可能在節能的後 CMOS 計算技術的發展中發揮重要作用。

愛丁堡大學理論和計算凝聚態物理專業的講師艾爾頓·桑托斯博士領導了該項目的建模工作，他說：「這一發現表明，扭轉不僅僅是一個電子旋鈕，而且是一個磁性旋鈕。我們看到集體自旋順序在比莫爾晶格大得多的尺度上自組織。它為只需控制角度即可設計拓撲磁態打開了大門，這是一個非常簡單的旋鈕，即可設計拓撲磁態。