东北大学 图1:单陀螺网络的结构单元示意图，从一对顶点开始，它们共享三个支柱中的一个，并偏移一个“扭转”角
中间的图像显示了顶点对是如何组成一个陀螺晶胞的，右边的图像显示了晶胞是如何组装成陀螺状网络的
荣誉:ⓒjustin·兰德罗、大卫·洛夫和安德烈斯·科瓦奇 一个由东北大学和英国、德国和瑞士的机构组成的多国研究团队揭示了纳米级回转体、三维手性网络状纳米结构的磁性状态
这些发现为研究非常规信息处理和与自旋电子学相关的新现象增加了一个新的候选系统
相互作用的纳米结构阵列提供了实现前所未有的材料特性的能力，因为相互作用可以产生新的“突发”现象
在磁学中，这种新出现的现象迄今只在二维人工自旋冰和磁振子晶体中得到证明
然而，实现磁性“超材料”的进展受到了两个障碍的阻碍，这种“超材料”可以通过在三维空间显示紧急效应来形成先进自旋电子器件的基础
第一是需要制造尺寸小于100纳米(相当于固有磁长度)的复杂三维构建模块，第二是可视化其磁配置的挑战
因此，研究小组决定研究纳米级磁性陀螺体，这是一种由三个相连顶点组成的三维网络，这些顶点由弯曲的纳米线状支柱组成(图1)
旋光体引起了人们的极大兴趣，因为尽管它们很复杂，但它们可以通过精心配制的聚合物组合进行自组装，这种聚合物组合可以用作三维模具或模板来形成独立的纳米结构(图2)
当支柱连接形成螺旋时，回转体具有“旋向性”，它们的形状使磁性回转体成为测试曲率产生的新磁性预测的理想系统
对旋光体光学性质的测量甚至表明旋光体可以具有拓扑性质，这与手性效应一起是当前开发新型自旋电子器件的密集研究的主题
然而，陀螺中可能存在的磁性状态尚未确定，导致了目前的研究
图2:通过自组装产生镍-铁回旋状纳米结构的过程示意图
荣誉:ⓒjustin·兰德罗、大卫·洛夫和安德烈斯·科瓦奇 图3:(左)通过电子全息术成像的镍-铁回旋纳米结构的支柱内和支柱周围的磁杂散场图案，包括单回旋区和双回旋区
纳米结构的轮廓以红色显示
(右)镍-铁回旋状纳米粒子磁化分布的微磁学模拟，其中色轮显示磁化方向
箭头突出显示了一组回转支柱的平均方向
荣誉:ⓒjustin·兰德罗、大卫·洛夫和安德烈斯·科瓦奇 研究人员通过嵌段共聚物模板和电沉积生产了Ni75Fe25单回转体和双回转体(由一对单回转体的镜像形成)纳米结构，具有11纳米直径的支柱和42纳米的晶胞
这些尺寸与镍铁中的畴壁宽度和自旋波波长相当
然后，他们用离轴电子全息术对陀螺状纳米粒子成像，这种方法能够以纳米空间分辨率绘制陀螺状结构内部和周围的磁化和杂散磁场模式
借助于有限元微磁学模拟对图案进行分析，揭示了一种非常复杂的磁性状态，这种状态总体上是铁磁体，但没有独特的平衡配置(图3)，这意味着磁陀螺可以采用大量的稳定状态
“这些发现将磁陀螺确立为储层计算和自旋波逻辑等应用的感兴趣的候选对象，”首席作者贾斯汀·兰德罗说
“这项研究朝着三维纳米级磁性超材料迈出了激动人心的第一步，这种材料可以用来发现新的突发效应，推进基础和应用自旋电子学研究
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