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도쿄(東京)대학 대학원 공학계연구과, 이화학연구소(RIKEN), 물질·재료 연구기구(NIMS), 고에너지가속기연구기구(KEK) 등의 공동 연구그룹이 자기 스커미온의 삼각 격자가 정방 격자로 배열 변화하는 모습을 조사한 결과, 자기 스커미온의 코어 부분의 직경의 변화가 배열 변화의 기원이 되는 것을 확인함. 연구진은 자기 스커미온 격자를 발생시키는 것으로 알려져진 키랄자성체 Cu2OSeO3에 있어 자기 스커미온 격자의 구조가 변화하는 과정을 자세히 조사함. Cu2OSeO3 결정을 두께 800nm로 만든 시료를 제작하고, 연 X선을 이용한 산란 실험을 실시한 결과, 시료에 외부로부터 작용하는 자기장의 부호와 크기를 바꿈으로써, 준안정 상태로 발현된 자기 스커미온의 삼각 격자가 정방 격자로 배열 변화하는 것을 관찰함. 또한, 산란 실험 데이터를 심층 분석하여 자기 스커미온의 배열 변화에 앞서 자기 스커미온 코어 부분의 직경이 변화하고 있음을 발견함. 자기 스커미온은 입자로 취급되는 한편, 내부 구조의 자유도를 가지고 있으며, 자기 스커미온 내부의 변형이 자기 스커미온 격자 구조 변화를 일으키는 핵심이 되는 것을 시사함. 본 연구 성과는 자기 스커미온과 같이 내부 변형의 자유도를 갖는 토폴로지컬 결함의 집합체가 만드는 질서 구조를 외부에서 제어할 수 있음을 시사하며, 토폴로지컬 결함이 나타내는 새로운 물성·현상을 개척할 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Nature Communications’ (“Particle-size dependent structural transformation of skyrmion lattice”) 지에 게재됨.