Anéis de hopfion em um ímã quiral cúbico

Skyrmions magnéticos e hopfions são solitons topológicos1-bem-localizados configurações de campo que ganharam considerável atenção na última década devido às suas propriedades únicas semelhantes a partículas, o que os torna objetos promissores para aplicações spintrônicas. Skyrmions2,3 são solitons bidimensionais que se assemelham a estruturas de cordas tipo vórtice que podem penetrar em toda a amostra. Hopfions4-9 são solitons tridimensionais confinados dentro de um volume de amostra magnética e podem ser considerados como cordas de skyrmion torcidas fechadas que assumem a forma de um anel no caso mais simples. Apesar da extensa pesquisa sobre skyrmions magnéticos, a observação direta de hopfions magnéticos é desafiadora10 e foi relatada apenas em um material sintético11. Aqui apresentamos observações diretas de hopfions em cristais. Em nosso experimento, usamos microscopia eletrônica de transmissão para observar hopfions formando estados acoplados com cordas de skyrmion em placas de FeGe tipo B20. Fornecemos um protocolo para nucleação de tais anéis de hopfion, que verificamos usando imagem de Lorentz e holografia eletrônica. Nossos resultados são altamente reproduzíveis e estão em total acordo com simulações micromagnéticas. Fornecemos uma classificação unificada de homotopia skyrmion-hopfion e oferecemos insights sobre a diversidade de solitons topológicos em ímãs quirais tridimensionais.