现在，我们第一次得到了Skyrmion磁性粒子的三维图像。在某些材料的磁性中，这种微小的螺旋状缺陷可以用于下一代电子存储设备和量子计算机。

虽然对Skyrmion磁涡旋的二维预测已被证明是有价值的，但来自美国和瑞士的新研究表明，类似粒子的漩涡并不局限于平面。它们更复杂，因此确定它们的3D结构很重要。

这项新研究由加州劳伦斯伯克利国家实验室的物理学家David Raftrey领导，让我们对磁性材料的基本原理有了更好的了解。考虑到它们的广泛使用，有许多潜在的应用。

研究小组在他们发表的论文中写道：“在微观层面上，skyrmions或其他磁性纹理的存在从根本上决定了磁性材料的性质、行为和功能。”

在纳米尺度上，在某些磁性材料中，skyrmions可以被发现是稳定的驻波，由不同电子自旋的漩涡组成。通过施加电荷或磁场，可以触发这些漩涡以特定的方式移动。

Raftrey和他的同事们使用了一种称为磁性X射线层析成像的先进技术 —— 一种类似于医学CT扫描更简单材料的过程。当一个物体被移动和旋转时，新的读数就会被记录下来，从而形成一幅3D图像。

在这种情况下，这个物体是一个非常小的包含skyrmions的磁盘，只有800纳米宽，95纳米厚。把大约1000个这样的东西堆叠在一起，你就有了一张标准纸的厚度。

这不是一个快速的过程 —— 总共花了几个月的时间 —— 但由于使用了一些复杂的算法来组合X射线图像，研究人员最终对他们正在寻找的skyrmion自旋结构有了更好的理解。

“你基本上可以从这些很多很多的图像和数据中重新配置和重建[skyrmion]，”Raftrey解释说。

现在，这些结构第一次被绘制成3D图像，我们知道它们是如何形成的，它们是如何相互作用的，以及它们是如何逐层变化的 —— 这对我们以前的2D图像来说是一个很大的改进。

物理学家喜欢skyrmions的原因是它们非常稳定，速度非常快，而且很难分解。这表明，它们可能有助于以一种比传统方法更紧凑、更有效的方式存储1和0的基本数据。

这是一个被称为自旋电子学的科学领域，使用电子自旋而不是电子作为计算系统的基础。正如先前的研究表明的那样，这将意味着计算机尺寸和小型化的重大飞跃。

“依靠电子的电荷，就像今天所做的那样，不可避免地会带来能量损失。使用自旋，损失将显著降低，”劳伦斯伯克利国家实验室的材料科学家彼得·费舍尔说。

“我们的研究结果为自旋电子学器件的纳米尺度计量奠定了基础。”

这项研究发表在《科学进展》杂志上。

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