Magnetisk ordning i tvådimensionella magnetiska nanostrukturer

Med hjälp av modern nanolitografi är det numera möjligt att skapa geometrier i tvådimensionella magnetiska nanostrukturer, så kallad artificiell spinn-is, vilka imiterar den magnetiska strukturen hos frustrerade magnetiska material. Denna magnetiska frustration uppstår i material där det förekommer flera ömsesidigt uteslutande villkor, orsakade av växelverkansmekanismer, för riktningen hos lokaliserade magnetiska moment. Enklare beskrivet innebär det att en del moment inte kan anpassa sig efter alla sina grannar vilket resulterar i en kompromiss i den magnetiska ordningen.

En följd av frustrationen är att flera ordnade tillstånd med nästan identisk energi kan existera samtidigt, där excitationer (ökningar i energi) visar sig som effektiva magnetiska laddningar, det vill säga monopoler. Dessa monopoler kan både mätas och förflytta sig i strömmar, på liknande sätt som elektriska laddningar. Fenomenet har fått namnet ”magnetricity”. Nanostrukturerna används för att styra ordningen och för att kontrollera monopolernas egenskaper. Därigenom fungerar de som prototyper och testplattformar för studier av magnetisk ordning och excitationer på grundläggande nivå.

– Systemet och dess nydanande magnetiska egenskaper bereder väg för design av nya ”designade” material med innovativ funktionalitet baserad på magnetiska laddningar, förklarar Vassilios Kapaklis, universitetslektor vid Uppsala universitet.

Artikelreferens

Cristiano Nisoli, Vassilios Kapaklis & Peter Schiffer, Deliberate exotic magnetism via frustration and topology, nature physics, doi:10.1038/nphys4059

Camilla Thulin