就像咖啡师在拿铁咖啡的温暖表面上创造出美丽的奶油泡沫螺旋一样，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的研究人员已经找到了一种方法来控制磁性材料中特殊纹理表面的形成。

虽然咖啡师在物理上旋转牛奶以产生泡沫作为拿铁咖啡，但阿贡的研究人员研究了涉及磁性旋转的新区域。这些地区，被称为skyrmions或antiskyrmions，没有净电荷，但确实有科学家称之为“拓扑充电”，这意味着它们可用于存储信息。

“人们之前曾创造过一些人，”该研究的作者阿贡娜杰出研究员阿曼达·佩特福德朗说道。“但到目前为止所做的所有研究都涉及到它们的自发形成。新的是我们现在可以控制它们在材料中的位置。“

为了创造他们的skyrmions和antiskyrmions，研究人员使用聚焦离子束，它基本上用镓离子轰击铂和钴层的表面。“你几乎可以把它想象成一个使用布丁火炬的厨师，但不是使用热量，而是使用其他材料，”该研究的第一作者阿贡材料科学家Charudatta Phatak说。

研究人员如何决定将离子束移动到表面上会极大地影响所产生的结构类型。首先，他们尝试了一种称为“光栅扫描”的方法，该方法涉及垂直或水平地来回移动光束。这未能产生所需的skyrmions或antiskyrmions。

最终，该团队想到了将光束移动成螺旋形的想法，从中心开始向外或从边缘向外移动并向中心移动。在第一种情况下，这产生了一个非常明确的skyrmion; 在第二种情况下，研究人员发现内向螺旋产生了反磁力。“据我们所知，这是第一次通过实验实现人工反动作，”Phatak说。

因为这种方法可以产生固定在适当位置的skyrmions和antiskyrmions，未来的研究可以利用这种进步为电子创造一种“弹球机”，这种电子将利用skyrmion区域中的印迹磁自旋来引导电子运动。

“真正令人兴奋的是能够研究这些结构的相互作用，”Petford-Long说。“我们的研究为探索新的基础物理学开辟了许多新的可能性，因为使用离子束可以让我们制作各种尺寸从纳米到微米的skyrmions和类似skyrmion的结构。”