En ny kristall tvingar atommagneter att vrida sig på märkliga sätt. Forskare vid Florida State University har konstruerat ett nytt kristallint material som inducerar magnetiska moment i atomskalig skala för att bilda stabila, virvlande cykloidmönster kända som skyrmion-liknande snurrstrukturer. Dessa intrikata spinnkonfigurationer uppstår ur strukturell frustration och har stor potential för att främja lågenergidatalagring, effektiv elektronik och kvantinformationsteknologier tack vare deras stabilitet och minimala energibehov för manipulation. På atomnivå härstammar magnetismen från elektronernas inneboende spinn, som beter sig som små riktade magneter. I konventionella magnetiska material linjerar spinnen vanligtvis ferromagnetiskt (alla i samma riktning) eller antiferromagnetiskt (alternerande). Här kan spinnen dock inte lösas upp till enkel ordning utan organiseras istället i komplexa, upprepande spiraler. Genombrottet kommer från att man medvetet kombinerar två nära besläktade men strukturellt inkompatibla föreningar: MnCoGe (mangan-kobolt-germanium) och MnCoAs (mangan-kobolt-arsenik). Även om germanium och arsenik är närliggande grundämnen i periodiska systemet – vilket gör föreningarna kemiskt lika – skapar deras distinkta kristallsymmetrier (hexagonala/ortorhombiska för MnCoGe-varianter jämfört med ortorhombiska för MnCoAs) konkurrerande strukturella preferenser när de är legerade. Denna mismatch genererar frustration på atomgitternivå, vilket leder till magnetisk frustration och tvingar spinnen att vrida sig till önskade icke-triviala mönster. För att verifiera dessa skyrmion-liknande texturer använde teamet enkelkristall-neutrondiffraktion på TOPAZ-instrumentet vid Oak Ridge National Laboratorys Spallation Neutron Source, vilket bekräftade förekomsten av cykloidala spinnarrangemang på nanoskala—idealiskt för potentiell integration i kompakta enheter. En viktig fördel är lågenergistyrningen av dessa mönster, vilket skulle kunna möjliggöra ultraeffektivt magnetiskt minne (t.ex. hårddiskar med högre densitet, lägre strömförbrukning) eller robust skydd av kvanttillstånd. Till skillnad från tidigare Skyrion-forskning, som ofta involverade empirisk screening av befintliga material, representerar detta arbete en rationell, designdriven metod som använder "kemiskt tänkande" för att rikta in sig på specifika sammansättningsgränser och förutsäga emergent komplex magnetism. [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-liknande snurrtexturer som uppstår i materialet och härstammar från strukturell frustration. Journal of the American Chemical Society, 147(47), 43550–43559. DOI: 10.1021/jacs.5c12764]