模拟的单极斯格明子。红色箭头表示这是一个左旋斯格明子，其余箭头表示偶极子的角分布。
掷球时，你会选择用哪一只手？答案显而易见，左撇子喜欢用左手，右撇子则会用右手。这种天生偏爱一侧的特性在生物医学上被称为“利手性”。利手性几乎无处不在：葡萄糖分子的原子结构会向左侧倾斜，小狗只用右肢与你“握手”。利手性也会在手性中表现出来——一副手套，虽然是彼此的镜像，但不能重叠在一起。
eurekalert.org网站4月18日报道，美国伯克利实验室领导的研究团队在一种具有可逆电学性质的材料中，首次观察到了斯格明子的手性。极性斯格明子与电学特性的结合有望带来更强大的数据存储设备。这类设备即使在电源关闭后也能继续存储信息。相关成果刊发于本周出版的《自然》杂志中。伯克利实验室材料学部研究人员Ramamoorthy Ramesh说：“斯格明子的出现是我们计划之外的事情。因此，制造出手性斯格明子让我们倍感兴奋。”
Ramesh及其同事Lane Martin教授的研究始于2016年。当时他们正着手寻找控制热量穿过材料的方法。为此，他们用交替的钛酸铅层和钛酸锶层制造了超晶格结构。但当他们用扫描透射电镜观察超晶格时，Ramesh等有了意外的发现：观察结果似乎与热量没有任何关系，泡沫状物质充斥了整个设备。
那么，这些“泡沫”究竟是什么？它们是如何形成的呢？事实证明，它们是极性斯格明子（或称作偶极子织构）。此前，研究人员一直认为斯格明子只会出现在磁性材料中：电子磁自旋之间的特殊相互作用可以稳定斯格明子的手性模式。因此，Ramesh等在电子材料中发现斯格明子时，他们大吃一惊。Ramesh等通过与西班牙坎塔布里亚大学的理论学家Javier Junquera等合作，证实织构符合“Bloch component”的特征——Bloch component确定了自旋方向。研究人员利用伯克利实验室和康奈尔大学材料研究中心的精密仪器分析后，发现了“泡沫”形成的秘密：非极性钛酸锶施加给极性钛酸铅的作用力是斯格明子“泡沫”产生的原因。Ramesh评论说：“材料如人，当人们感到压力时，他们的反应变得不可预测，材料也是这样。”
伯克利实验室高级研究人员Elke Arenholz、物理学博士研究生Margaret McCarter等利用光谱技术对Ramesh等的发现进行了确证。在确证过程中，他们又发现了圆二色性的证据——在这种情况下，只有X射线和具有相同旋向性的极性斯格明子间才有很强的相互作用。McCarter说：“在没有旋向性的材料中观察到这种效应是令人惊讶的。我们很有兴趣探索极性斯格明子对铁电材料的意义，并研究如何控制它。”
目前，研究人员已经制造了单电子斯格明子，并证实了其手性。制造含几十个具有相同旋向的电子斯格明子阵列已纳入下一步计划。Ramesh表示他们还计划研究外加电场对斯格明子的影响，以促进其在数据存储技术中的应用研究。
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：唐林芳
期刊来源：《自然》
期刊编号：0028-0836
原文链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/pub/198776.php
版权声明：本文由科界平台原创编译，中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。转载请注明来源科技工作者之家—科界App。
