Peneliti di Florida State University telah menciptakan material kristalin baru yang menunjukkan perilaku magnetik berputar kompleks yang tidak ditemukan pada senyawa induknya. Dengan mencampur dua material yang tidak cocok secara struktural tetapi mirip secara kimia, tim tersebut menginduksi spin atom untuk membentuk tekstur mirip skyrmion. Terobosan ini, yang dirinci dalam Journal of the American Chemical Society, dapat memajukan penyimpanan data dan teknologi kuantum.
Ilmuwan di Florida State University mengembangkan material kristalin baru dengan menggabungkan dua senyawa: satu terbuat dari mangan, kobalt, dan germanium, dan yang lain dari mangan, kobalt, dan arsenik. Unsur-unsur ini berdekatan di tabel periodik, menjadikan senyawa tersebut mirip secara kimia tetapi berbeda secara struktural karena simetri kristal yang berbeda. Ketidakcocokan ini menyebabkan frustrasi struktural, di mana susunan atom bersaing, mencegah pola stabil sederhana. Kristal hibrida yang dihasilkan menunjukkan spin atom yang terorganisir menjadi pola pusaran rumit dan berulang yang dikenal sebagai tekstur spin mirip skyrmion, bukan penjajaran linier biasa pada magnet konvensional. «Kami berpikir bahwa mungkin frustrasi struktural ini akan diterjemahkan menjadi frustrasi magnetik», jelas penulis bersama Michael Shatruk, profesor di Departemen Kimia dan Biokimia FSU. «Jika struktur bersaing, mungkin itu menyebabkan spin berputar». To mengonfirmasi struktur magnetik, para peneliti menggunakan difraksi neutron kristal tunggal pada instrumen TOPAZ di Spallation Neutron Source Oak Ridge National Laboratory. Teknik ini mengungkap susunan spin sikloidal. Temuan tersebut muncul di Journal of the American Chemical Society pada 2025 (volume 147, isu 47, halaman 43550). Tekstur mirip skyrmion ini menawarkan keuntungan untuk teknologi, termasuk penyimpanan data lebih padat di hard drive, penggunaan energi lebih rendah di elektronik, dan sistem komputasi kuantum yang lebih andal yang tahan kesalahan. «Dengan data difraksi neutron kristal tunggal dari TOPAZ dan alat reduksi data baru serta pembelajaran mesin dari proyek LDRD kami, kami sekarang dapat menyelesaikan struktur magnetik yang sangat kompleks dengan keyakinan yang jauh lebih besar», catat Xiaoping Wang, ilmuwan penyebaran neutron di Oak Ridge. Tidak seperti pendekatan masa lalu yang menyaring material yang ada, pekerjaan ini merancang kristal secara sengaja menggunakan prinsip kimia untuk memprediksi perilaku spin. «Ini adalah pemikiran kimia, karena kami memikirkan bagaimana keseimbangan antara struktur ini memengaruhi mereka dan hubungan di antara mereka, dan kemudian bagaimana itu mungkin diterjemahkan ke hubungan antara spin atom», kata Shatruk. Penulis bersama Ian Campbell, mahasiswa pascasarjana, menambahkan, «Ideinya adalah dapat memprediksi di mana tekstur spin kompleks ini akan muncul». Studi ini melibatkan kolaborator dari European Synchrotron Radiation Facility, University of Science and Technology Beijing, RWTH Aachen University, dan Oak Ridge, didukung oleh National Science Foundation.
