Рис. Компьютерная симуляция (цифровой двойник) трехмерного магнитного хопфиона внутри тонкой пленки железа-германия (FeGe). Автор изображения: Филипп Рыбаков.

В эксперименте относительно большая поверхность была покрыта FeGe и освещалась фемтосекундным лазерным светом один раз в секунду. После облучения лазером учёные изучали магнитное состояние материала с помощью передовых методов электронной микроскопии. Затем эксперимент можно было повторить в тех же условиях, что позволило тщательно проверить и подтвердить результаты.

Одновременно с проведением экспериментов те же магнитные структуры были воссозданы в подробных компьютерных симуляциях с использованием программы Excalibur. Сравнение показало соответствие теоретическим моделям.

Ключевой частью работы был топологический анализ магнитных состояний.

Результаты не ограничиваются хопфионами в одном материале. В параллельной работе, проведенной в Центре синергетических экстремальных условий (SECUF), тот же световой подход был использован для управления магнетизмом в другом хиральном материале. В этом исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, физики продемонстрировали так называемые бимероны — двумерные магнитные структуры, которые можно рассматривать как аналоги трехмерных хопфионов. В совокупности эти исследования показывают, что лазерный свет может служить универсальным инструментом для доступа к новым магнитным состояниям в различных материалах и как в двух, так и в трех измерениях.

Это открытие даёт новые возможности для будущих исследований. Поскольку хопфионы представляют собой стабильные трехмерные магнитные структуры, они представляют интерес для спинтроники, где для хранения и обработки информации используется спин электрона вместо электрического заряда.