科学家研究手性skyrmions在手性花状障碍物中的行为

在自然界中，一些鸟类和鱼类的集体运动，如成群的八哥和成群的沙丁鱼，可以产生令人印象深刻的动态现象。他们的研究构成了活性物质科学，在过去三十年里一直是一个备受关注的话题

活性物质独特的集体动力学由每个个体的运动、它们之间的相互作用以及它们与环境的相互作用决定

最近的研究表明，一些自推进分子和细菌表现出具有固定手性的圆周运动（物体的性质，它不能通过任何数量的旋转或平移叠加在其镜像上），这可以根据其动力学选择具有特定手性的分子和细菌。然而，在用于电子设备应用的非生物磁性和铁电材料中，缺乏对类活性物质物体的研究

在这方面，手性skyrmions是有前景的。它们是具有不对称交换相互作用的磁性材料中的一种特殊类型的自旋纹理，可以被视为准粒子。它们携带整数拓扑电荷，具有+1或-1的固定手性。

最近，由早稻田大学应用物理系的Masahito Mochizuki教授领导的一组科学家，包括早稻田大学的张希超博士和新竹大学的刘晓曦教授，广泛研究了手性skyrmions的活性物质行为。他们的论文发表在《纳米快报》杂志上

在这项研究中，科学家们将手性skyrmions以简单手性花的形状放置在手性纳米结构障碍物中。然后，他们研究了热激活的skyrmion与铁磁层中的手性花状障碍物相互作用的随机行走动力学，这可能会产生拓扑相关的结果

Mochizuki教授说：“我们的研究首次证明，磁性手性skyrmions表现出类似活性物质的行为，尽管它们是非生物起源的，甚至只是无形的空间模式。”

手性为-1的skyrmion有可能留下左手性花，手性为+1的Skyrmin有可能留下右手性花。研究人员进行了一系列模拟，以观察skyrmions在不同温度下（100 K、150 K、180 K和200 K）在这两种情况下的行为。

他们将模拟时间设置为500 ns，时间步长为0.5 ns。研究小组发现，根据变量的组合，skyrmion要么留在障碍物内，要么逃离障碍物。由于skyrmion的运动是由温度相关的布朗运动引起的，布朗运动本质上是无序的，这是一个通过无序运动获得有序结果的有趣案例。值得注意的是，该系统可用于开发拓扑排序设备

当被问及他们工作的长期影响时，刘教授说：“我们的研究结果可能有助于构建未来具有高存储密度和低功耗的信息处理和计算设备。”

“从长远来看，它们可能为非传统电子和自旋电子硬件的设计和开发提供指导，其中信息由纳米结构中的拓扑自旋纹理携带。这一成就有望改善人们的生活，因为他们将能够以节能的方式处理信息，从而实现一个更环保的社会。”。张