スキルミオン

Skyrmion

電子スピンの磁気モーメントが作る渦状の磁気構造体のこと。スキルミオンという名称は、この量子構造を提唱した英国の理論物理学者Skyrmeに由来する。“磁気渦”や”スピン渦“とも呼ばれる。その大きさは数ナノメートルから100ナノメートル程度と材料や組成によって様々である。試料を低温にし、外部磁場を制御することによって、スキルミオンは2次元結晶的に配列する。
スキルミオンはローレンツ電子顕微鏡法により初めて実空間の像として観察された。それ以後、微分位相コントラスト法を用いたSTEM像によっても観察されている。

図提供: 東京大学　松元主任研究員、柴田准教授 ⇒ 図

図(a) 薄膜中のスキルミオンの磁気構造の模式図。磁気モーメントの方向を矢印で示した。磁気モーメントの方向は、一つ一つのスキルミオンの中心では薄膜に垂直で、周辺部では薄膜面内で渦巻き状に回転する。
図(b) 微分位相コントラスト法で観察されたスキルミオンの実空間像(試料：鉄系合金)。色は、磁気ベクトルの2次元面内での方向と大きさを示している。

Skyrmion is a vortex-like magnetic structure formed by the magnetic moments of electron spins. The term “Skymion” is named after Skyrme, a theoretical physicist of UK, who proposed the quantum structure. “Skymion” is also called “magnetic vortex” or “spin vortex”. Its size ranges from approximately several nm to 100 nm, depending on materials and chemical compositions. Skymions align like a two-dimensional crystal by cooling the specimen temperature and controlling the external magnetic field.
Skyrmion was first observed as a real-space image by Lorentz electron microscopy. Since then, it was also imaged by STEM using the DPC (differential phase contrast) method.

Courtesy of figures:
Senior Researcher T. Matsumoto and Associate Professor N. Shibata
The University of Tokyo (as of August 2015)

Fig. (a) Schematic of the magnetic structure of skyrmions in a thin film. The directions of the magnetic moments of electron spins are indicated by arrows. The directions of those magnetic moments are perpendicular to the film plane at the core of the respective skyrmions, but swirl in the film plane at the peripheral region.
Fig. (b) A real-space image of skymions acquired by the DPC (differential phase contrast) method (specimen: an Iron alloy). The colors in the figure depict the directions and magnitudes of the magnetic vectors in a two-dimensional plane.