随着全球数据持续爆炸性增长，科学家们竞相将更多信息封装进越来越微小的空间——斯图加特大学的研究团队可能刚刚解锁了一项强大的新技术。通过轻微扭转名为碘化铬的超薄磁性材料层，研究人员创造出一种全新磁态，其中蕴含着被称为斯格明子的微小稳定结构，这是迄今观测到的最小、最耐用的信息载体之一。
一个国际研究小组在由四个原子层碘化铬制成的材料中发现了一种先前未知的磁性状态。据斯图加特大学第三物理研究所的博士后研究员Ruoming Peng博士介绍，该团队能够通过调整每个层内电子的相互作用方式来精细调控这种磁性。Peng与博士研究员King Cho Won在ZAQuant中心共同进行了这项实验。Peng解释说："我们可以通过调节各层内电子间的相互作用来选择性地控制这种磁性。特别值得注意的是，观察到的磁性特性对外部环境扰动具有鲁棒性。"
扭曲的二维材料产生斯格明子
碘化铬属于被称为二维材料的一类物质，这类材料仅由少数几个以晶体结构排列的原子层构成。众所周知，这些超薄材料的特性与其较厚的三维版本截然不同。
在这个研究中，研究人员将两个堆叠的碘化铬双层结构彼此相对轻微旋转。这个微小的扭转产生了一种全新的磁性构型。"相比之下，正如早期研究所示，未扭转的双层结构不表现出净外部磁场，"Peng说。这种旋转导致了斯格明子的形成，这是一种受拓扑保护且极其稳定的纳米级磁性结构。它们是磁性系统中已知最小、最耐用的信息载体之一。该团队首次在扭曲的二维磁性材料中成功生成并直接观察到了斯格明子。
量子传感探测极弱磁性
观察这种新的磁性状态并非易事，因为涉及的信号极其微弱。为了测量它们，科学家们依靠一种使用量子传感技术的先进显微镜。这种方法利用了金刚石中的氮-空位中心，这项技术已在应用量子技术中心经过二十多年的发展和完善。
发现挑战现有磁性理论
这一发现不仅为高密度数据存储提供了新的可能性。它还加深了科学界对电子在原子级薄磁性系统中集体行为的理解。"我们的实验结果表明，需要完善现有的理论模型才能完全解释所观察到的现象，"Wrachtrup说。
除了斯图加特大学之外，该项目还汇集了来自英国、日本、美国和加拿大的合作者。爱丁堡大学的研究人员领导了理论建模和数值模拟工作。
关于应用量子技术中心
应用量子技术中心的研究和教学侧重于固态量子技术，应用范围从纳米级量子传感延伸到量子网络。该研究所的基础设施是全球独一无二的，集成了精密光学实验室、量子光学实验室和最先进的洁净室设施。