In Hamburg hebben Duitse fysici in een laagje ijzeratomen op een iridiumoppervlak een oppervlaktestructuur gevonden die slechts vijftien atomen groot is. De structuur is magnetisch, waardoor de ontdekkers al dromen van toepassingen in elektronica gebaseerd op de quantumeigenschap spin van atomen.

Voor begrip van de gevonden structuren zijn in een andere stad, Kiel, uitgebreide simulaties op supercomputers uitgevoerd. De atomaire tegeltjes worden skyrmionen genoemd, naar Tony Skyrme, een natuurkundige die de structuren vijftig jaar geleden voorspelde. Hij beschouwde de wervelachtige structuren als een soort elementaire deeltjes. Er zijn al eerder dergelijke structuren ontdekt, maar nog nooit zo klein als nu in Duitsland, slechts vijftien atomen groot.

skyrmionenMet voor spin gevoelige scanningtunnelingmicroscopie ontstond een afbeelding die het magnetisme van de ijzeratomen weergeeft. Een uitgelicht vierkant toont een enkel skyrmion. Gekleurde kegels tonen de richting van het magneetveld van ieder atoom in het dunne ijzerlaagje.

Voor de onderzoekers in Hamburg was de ontdekking een grote verrassing. De ijzeratomen in het dunne laagje zijn elk omringd door zes andere ijzeratomen, zodat er sprake is van een zeshoekige regelmaat. Niettemin zijn de gevonden skyrmionen vierkant. Elk skyrmion bevat een wervel-achtige structuur. Volgens de simulaties veroorzaakt de wisselwerking tussen de spins van vier magnetische atomen de structuur.

De tijd zal het ­leren
LEES OOK
De tijd zal het ­leren

Voordat een toepassing dichterbij komt, moeten de natuurkundigen nu eerst gaan uitvinden of elektrische stromen invloed hebben op de skyrmionen en of de magnetische wervelstructuur naar wens kan worden verplaatst.