Rondreizende magnetische wervelstructuur doorgrond

Met Groningse hulp hebben materiaalwetenschappers de bewegingsmechanismen opgehelderd van zogeheten skyrmionen; uiterst stabiele magnetische domeinen in specifieke kristalfilms van enkele nanometers tot een micrometer groot. Vanwege hun stabiliteit wordt hun mogelijke bruikbaarheid in spintronica onderzocht, met name voor dataopslag.

Een Japans team ontdekte enkele jaren geleden dat skyrmionen in een spiraalvormige baan door het materiaal beginnen te bewegen wanneer ze hen met een elektronenbundel bestralen. Steevast draaien ze met de klok mee. Die beweging was tot nog toe onverklaard. Elektronen kunnen de oorzaak niet zijn, want het fenomeen treedt ook op in niet-geleidende materialen. Het leek daarom een thermisch effect: de elektronenstraal verwarmt het materiaal en er ontstaat een temperatuursverschil tussen de bestraalde plek en de omgeving.

In Nature Materials concluderen onderzoekers uit Japan, de VS en Groningen nu dat de skyrmionen aangedreven worden door spingolven die onder invloed van het temperatuurgradiënt ontstaan. Een spingolf is vergelijkbaar met een stadionwave: net zoals een toeschouwer opstaat wanneer zijn buurman dat doet, klapt de spin van een deeltje om wanneer het naastgelegen deeltje dit doet. Wanneer de spingolf een skyrmion raakt, ketst die af en krijgt het skyrmion een zetje de andere kant op. Bijzonder, want de golf is een kwantummechanisch effect dat een object in de macroscopische wereld in beweging zet.