Een nieuwe kristal dwingt atomaire magneten om op vreemde manieren te draaien. Onderzoekers van de Florida State University hebben een nieuw kristallijn materiaal ontwikkeld dat atomaire magnetische momenten induceert om stabiele, draaiende cycloïdale patronen te vormen die bekend staan als skyrmion-achtige spintexturen. Deze ingewikkelde spinconfiguraties ontstaan uit structurele frustratie en houden aanzienlijke belofte in voor de vooruitgang van energiezuinige gegevensopslag, efficiënte elektronica en quantum-informatietechnologieën vanwege hun stabiliteit en minimale energievereisten voor manipulatie. Op atomair niveau komt magnetisme voort uit de intrinsieke spin van elektronen, die zich gedraagt als kleine directionele magneten. In conventionele magnetische materialen zijn spins doorgaans ferromagnetisch (alle in dezelfde richting) of antiferromagnetisch (afwisselend) uitgelijnd. Hier kunnen de spins echter niet in een eenvoudige volgorde worden opgelost en organiseren ze zich in complexe, herhalende spiralen. De doorbraak komt voort uit het opzettelijk combineren van twee nauw verwante maar structureel incompatibele verbindingen: MnCoGe (mangaan-kobalt-germanium) en MnCoAs (mangaan-kobalt-arsenic). Hoewel germanium en arsenicum naburige elementen in het periodiek systeem zijn—waardoor de verbindingen chemisch vergelijkbaar zijn—creëren hun verschillende kristalsymmetrieën (hexagonaal/orthorhombisch voor MnCoGe-varianten versus orthorhombisch voor MnCoAs) concurrerende structurele voorkeuren wanneer ze worden gelegeerd. Deze mismatch genereert frustratie op het niveau van het atomaire rooster, wat zich vertaalt in magnetische frustratie, waardoor de spins gedwongen worden om in de gewenste niet-triviale patronen te draaien. Om deze skyrmion-achtige texturen te verifiëren, heeft het team enkelkristal-neutronendiffractie toegepast op het TOPAZ-instrument bij de Spallation Neutron Source van het Oak Ridge National Laboratory, waarmee de aanwezigheid van cycloïdale spinarrangementen op nanoschaal werd bevestigd—ideaal voor potentiële integratie in compacte apparaten. Een belangrijk voordeel is de energiezuinige controle over deze patronen, wat ultra-efficiënte magnetische geheugen (bijv. hogere dichtheid, lagere energie harddisks) of robuuste bescherming van quantumtoestanden mogelijk zou kunnen maken. In tegenstelling tot eerder skyrmion-onderzoek, dat vaak bestond uit het empirisch screenen van bestaande materialen, vertegenwoordigt dit werk een rationele, ontwerpgestuurde benadering met behulp van "chemisch denken" om specifieke compositiegrenzen te targeten en opkomend complexe magnetisme te voorspellen. [Wang, Y., Campbell, I., Tener, Z. P., Clark, J. K., Graterol, J., Rogalev, A., Wilhelm, F., Zhang, H., Long, Y., Dronskowski, R., Wang, X., & Shatruk, M. (2025). Skyrmion-achtige Spintexturen die Ontstaan uit Structurele Frustratie. Journal of the American Chemical Society, 147(47), 43550–43559. DOI: 10.1021/jacs.5c12764]