由斯图加特大学领导的研究团队在扭曲的二维三碘化铬中发现了不寻常的磁性，揭示了超出材料底层莫尔图案的长程自旋纹理。这项于2月2日发表在《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）期刊上的发现，是在低温下利用纳米级磁成像技术，在扭曲双层三碘化铬结构中观察到的。这项研究可能对创造超高密度磁性数据存储产生重大影响。
在过去几年中，扭曲范德华材料已成为研究人员的重点领域，因为原子级薄层之间微小的角度偏移会产生莫尔超晶格，从而强烈改变电子和磁性行为。
通过扫描氮空位磁力测量技术，研究人员直接成像了跨越多个莫尔晶胞的有序点状磁纹理。当扭转角在一个狭窄的小角度范围内增加时，这些纹理的特征尺寸随之增大，在约1.1度的扭转角时达到约300纳米，随后在约两度时消失。这些纹理中的单个特征尺寸大约在60纳米量级。
与先前报道的三碘化铬中受莫尔图案锁定的磁态不同，研究人员表示，这些纹理并不局限于莫尔晶格内的单一堆叠构型或局部能量最小值。相反，它们形成了一种更高阶的“超莫尔”磁态，在更大的长度尺度上重组了磁性。
研究人员将这种行为归因于交换相互作用、磁各向异性和界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用（一种由于自旋轨道耦合而产生的反对称交换相互作用）之间的竞争，这种相互作用在扭曲双层界面中变得显著。一旦莫尔周期充分减小，这些相互竞争的能量有利于形成与几何莫尔图案解耦的磁有序，从而产生跨越多个晶胞的纹理。
反铁磁斯格明子尤其令研究人员感兴趣，因为它们有望抑制斯格明子霍尔效应。这一特性可以简化未来自旋电子学概念中的运动控制，使其比铁磁对应物具有更直、更可控的运动。在这项工作中，研究人员表明，扭转角可以作为一个有效的调谐参数，用于稳定原子级薄材料中的此类磁态，从而在不改变组成层数的情况下重塑磁序。
与所有此类研究一样，重要的是要记住，这项工作仍处于最早期的研究阶段。测量是在低温下进行的，而且三碘化铬本身对空气敏感，因此不适合直接集成到实验室之外的任何应用中。然而，作者指出，其基本机制应可转移到其他层状磁性材料，包括具有更高有序温度的系统。
这项工作也可能与未来的磁性数据存储技术以及我们对二维系统中磁相互作用的理解进展相关。“随着数据量持续增长，未来的磁性存储介质必须能够在越来越高的密度下可靠地存储信息，”斯图加特大学应用量子技术中心主任约尔格·瓦赫特拉普教授（Jörg Wrachtrup）在接受《趣味工程》（Interesting Engineering）采访时表示。“因此，我们的结果与下一代数据存储技术直接相关。”
