Новый кристалл заставляет атомные магниты закручиваться странным образом. Исследователи из Университета Флориды разработали новый кристаллический материал, который заставляет магнитные моменты на атомном уровне формировать стабильные, закрученные циклоидальные паттерны, известные как текстуры спина, подобные скирмионам. Эти сложные конфигурации спина возникают из структурного фрустрации и имеют значительный потенциал для продвижения технологий низкоэнергетического хранения данных, эффективной электроники и квантовой информации благодаря своей стабильности и минимальным энергетическим требованиям для манипуляции. На атомном уровне магнетизм возникает из внутреннего спина электронов, который ведет себя как крошечные направленные магниты. В обычных магнитных материалах спины обычно выравниваются ферромагнитно (все в одном направлении) или антиферромагнитно (чередуясь). Однако здесь спины не могут разрешиться в простой порядок и вместо этого организуются в сложные, повторяющиеся спирали. Прорыв заключается в преднамеренном сочетании двух близких, но структурно несовместимых соединений: MnCoGe (марганец-кобальт-германий) и MnCoAs (марганец-кобальт-арсен). Хотя германий и арсен являются соседними элементами в периодической таблице, что делает соединения химически схожими, их различные кристаллические симметрии (гексагональная/ортогональная для вариантов MnCoGe против ортогональной для MnCoAs) создают конкурирующие структурные предпочтения при сплавлении. Это несоответствие генерирует фрустрацию на уровне атомной решетки, что приводит к магнитной фрустрации, заставляя спины закручиваться в желаемые нетривиальные паттерны. Чтобы подтвердить эти текстуры, подобные скирмионам, команда использовала дифракцию нейтронов на одиночных кристаллах на инструменте TOPAZ в Национальной лаборатории Оук-Ридж, подтвердив наличие циклоидальных спиновых конфигураций на наноуровне — идеальных для потенциальной интеграции в компактные устройства. Ключевым преимуществом является низкоэнергетическое управление этими паттернами, что может позволить создать ультраэффективную магнитную память (например, более плотные, менее энергозатратные жесткие диски) или надежную защиту квантовых состояний. В отличие от предыдущих исследований скирмионов, которые часто включали эмпирическую проверку существующих материалов, эта работа представляет собой рациональный, ориентированный на дизайн подход с использованием "химического мышления" для целенаправленного определения конкретных составных границ и предсказания возникающего сложного магнетизма. [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). Текстуры спина, подобные скирмионам, возникающие в материале, полученном из структурной фрустрации. Журнал Американского химического общества, 147(47), 43550–43559. DOI: 10.1021/jacs.5c12764]