Forschung: Orientierung des Skyrmiongitters in chiralen Magneten

Magnetische Skyrmionen sind zweidimensionale topologische Wirbel der Magnetisierung. In chiralen Magneten wie MnSi, FeGe und Cu₂OSeO₃ bilden sich solche Wirbel spontan in der Ebene senkrecht zum angelegten Magnetfeld und sie erstrecken sich entlang des Feldes zu einer Skyrmionlinie oder -faden. Diese Skyrmionfäden sind in einem hexagonalen Gitter angeordnet ähnlich wie das Abrikosov Wirbelgitter in Supraleitern. Die Orientierung des hexagonalen Gitters hängt aber in beiden Fällen subtil von der angelegten Feldrichtung ab.

Während diese Abhängigkeit für das Abrikosov Gitter noch nicht vollständig verstanden ist, konnten Wissenschaftler an der TU München und TU Dresden diese Frage für das Skyrmion Gitter jetzt aufklären. In den betrachteten Materialien bestimmen schwache magnetokristalline Anisotropien die Ausrichtung der Skyrmionen. Die Forscher konnten eine effektive Theorie für chirale Magnete mit Raumgruppe P2₁3 bestimmen und damit erfolgreich Neutronenstreuexperimente an MnSi erklären. Interessanterweise sagt die Theorie auch bestimmte Feldrichtungen voraus, wo die Orientierung des Skyrmion-Gitters, in Übereinstimmung mit dem mathematischen “Satz vom Igel”, besonders empfindlich reagiert. Experimente zur Überprüfung dieser singulären Eigenschaften stehen jedoch noch aus.

T. Adams, M. Garst, A. Bauer, R. Georgii, C. Pfleiderer,
Response of the skyrmion lattice in MnSi to cubic magnetocrystalline anisotropies,
Phys. Rev. Lett. 121, 187205 (2018)