Ученые из Швеции, Германии и Китая смогли наблюдать в естественном материале предсказанные десятилетия назад квазичастицы — трехмерные магнитные хопфионы. Это открытие способно резко продвинуть спинтронику, дав устройствам на ее основе возможности, отсутствующие у современной электроники.

Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

В науке есть область, которая занимается исследованиями особого вида электроники, где для передачи, получения и обработки данных используется не столько сам электрон, сколько его спин. Говоря проще, важен не заряд электрона, а направление его спина — собственного момента импульса. Эта область называется спинтроникой.

Одна из ее главных задач — производство спинтронных материалов, с помощью которых можно будет создавать миниатюрные устройства с высокой скоростью работы и низким энергопотреблением. Последнее особенно важно, потому что традиционная электроника уперлась в физические ограничения и дальнейший рост ее скорости резко замедлился.

В последние годы важным предметом исследования спинтроники был магнитный скирмион. Это квазичастица, которая, по сути, представляет собой топологически устойчивый магнитный вихрь. Скирмион открыли больше 10 лет назад в тонких слоях магнитных материалов, он оказался исключительно плоской двумерной «структурой».

Чуть позже исследователи в серии экспериментов доказали, что двумерные скирмионы могут «порождать» трехмерный магнитный вихрь, другие квазичастицы — хопфионы. Они чем-то напоминают скрученные струны в форме пончика.

Чем же так «притягательны» хопфионы?