扭曲二维磁体催生“天空纹”，实现超高密度数据存储

国际研究团队在由四层原子厚的碘化铬构成的材料中发现了一种此前未知的磁性状态。斯图加特大学第三物理研究所的博士后研究员彭若明博士表示，团队通过调节每层内电子的相互作用，能够精确调控磁性。彭与博士生黄景祖（King Cho Wong）在ZAQuant共同开展了实验。“我们可以通过调节各层电子间的相互作用来选择性地控制这种磁性，”彭解释道，“特别值得注意的是，所观测到的磁性在环境干扰下依然稳定。”
扭曲二维材料产生斯格明子
碘化铬属于二维材料，这类材料仅由几层原子按晶体结构排列而成。众所周知，这些超薄材料的性能与其较厚的三维版本大不相同。
在本研究中，研究人员将两层堆叠的碘化铬双层膜相对轻微旋转。这一微小的扭曲产生了全新的磁性结构。“相比之下，正如早期研究所示，未扭曲的双层膜不会表现出净外部磁场，”彭说道。这种旋转导致了斯格明子的形成，斯格明子是具有拓扑保护且异常稳定的纳米级磁性结构，是磁性系统中已知的最小、最耐用的信息载体之一。该团队首次在扭曲的二维磁性材料中成功生成并直接观测到了斯格明子。
量子传感检测极弱磁性
观测这种新磁性状态并非易事，因为涉及的信号极其微弱。为测量这些信号，科学家们依靠一种使用量子传感的先进显微镜。这种方法利用了金刚石中的氮-空位（NV）中心，这是应用量子技术中心（ZAQuant）二十多年来研发和完善的技术。
研究结果挑战现有磁性理论
这一发现不仅为高密度数据存储提供了新可能，还加深了科学界对原子级薄磁性系统中电子集体行为的理解。“我们的实验结果表明，现有理论模型需要完善才能充分解释所观测到的现象，”瓦赫特鲁普（Wrachtrup）表示。
该项目除斯图加特大学外，还汇集了来自英国、日本、美国和加拿大的合作者。爱丁堡大学的研究人员主导了理论建模和数值模拟工作。
关于应用量子技术中心
应用量子技术中心（ZAQuant）的研究和教学重点是固态量子技术，应用范围从纳米级量子传感到量子网络。该研究所的基础设施是全球独一无二的，融合了精密和量子光学实验室以及最先进的洁净室设施。