下一代数据存储中的电动Skyrmins充电

当你掷球时，你用什么手？左手的人用左手自然投掷，右手的人用右手自然投掷。这种对一方对另一方的自然偏好被称为“手习惯”，几乎在任何地方都可以看到——从原子结构向左倾斜的葡萄糖分子，到只与右握手的狗。

手性可以表现为手性——两个物体，如一副手套，可以是彼此的镜像，但不能叠加在一起。现在，由伯克利实验室领导的一组研究人员首次在极性天空基元（类似于微小磁漩涡的准粒子）中观察到了具有可逆电性质的材料的手性。极性Skyrmins和这些电气特性的结合可能有一天会导致应用程序，例如更强大的数据存储设备，即使在设备断电后仍能继续保存信息。他们的发现在本周的《自然》杂志上发表。

“我们发现的只是令人难以置信，”Ramamourthy Ramesh说，他被任命为伯克利实验室材料科学部门的教授级高级科学家，并被任命为加州大学伯克利分校（UC Berkeley）材料科学、工程和物理的能源技术主席。“我们还没有计划制造摩天轮。所以对我们来说，制造手性Skyrmion是令人兴奋的。”

钛酸锶/钛酸铅超晶格的干图像。（学分：伯克利实验室）

当由拉梅什和莱恩·马丁（Ramesh and Lane Martin）共同领导的研究小组（他是伯克利实验室材料科学部的一名科学家，也是加州大学伯克利分校（UC Berkeley）的材料科学与工程教授）于2016年开始这项研究时，他们已经着手寻找控制热量如何通过材料移动的方法。因此他们用钛酸铅（一种极性材料，一端带正电荷，另一端带负电荷）和钛酸锶（一种绝缘体，或一种不导电的材料）的交替层制造了一种特殊的晶体结构，称为超晶格。

但是，一旦他们在美国能源部伯克利实验室专门从事纳米科学的科学用户设施的分子铸造厂（Molecular Foundry）对钛酸铅/钛酸锶超晶格进行了STEM（扫描透射电子显微镜）测量，他们就发现了一些与热无关的奇怪现象：气泡状的结构有CRO。在整个设备上都安装了。

气泡，到处都是气泡

那么这些“气泡”是什么？它们是如何到达那里的？

事实证明，这些气泡是极性的天球，或由称为偶极的相反电荷构成的结构。研究人员一直认为，Skyrmins只会出现在磁性材料中，带电电子的磁旋之间的特殊相互作用稳定了Skyrmins扭曲的手性模式。因此，当伯克利实验室领导的研究小组在一种电子材料中发现了摩天大楼时，他们感到震惊。

模拟了极地上空气泡的横截面。（学分：伯克利实验室）

通过研究人员与西班牙坎塔布里亚大学的理论家哈维尔·朱奎拉和卢森堡科学技术研究所的豪尔赫·伊戈兹的合作，他们发现这些纹理有一个独特的特征，叫做“布洛赫分量”，它决定了旋转的方向，拉梅什将其与F相比较。系紧皮带-如果你是左手，皮带从左到右。他说：“事实证明，这个布洛赫组成部分——可以说是摩天轮的赤道带——是其手性或手性的关键。”

当在伯克利实验室的分子铸造厂和康奈尔材料研究中心使用精密的STEM时，康奈尔大学的大卫·穆勒实时拍摄了室温下Skyrmins手性的原子快照，研究人员发现，非极性锶对极性钛酸铅层施加的力M钛酸盐层在钛酸铅中产生了极地“气泡”。

“材料就像人，”拉梅什说。“当人们感到压力时，他们会以不可预测的方式做出反应。这也是材料所做的：在这种情况下，通过将钛酸锶包围在钛酸铅周围，钛酸铅开始变得疯狂——疯狂的一种方式是创造像摩天大楼这样的极地纹理。”