磁微柱内的涡旋环   图片来源：Claire Donnelly

磁铁往往隐藏着美。就一个冰箱贴而言：它的一面有“粘性”，另一面却没有，这多少有点出乎我们的意料。其秘密在于磁化在材料内部以一种明确的方式排列。而更复杂的磁化纹理是许多现代技术的核心，如硬盘驱动器。现在，一个国际团队报告了在由磁性材料钆钴制成的小柱子内意外发现磁性结构。

近日，科学家在刊登于《自然—物理》上的一篇论文中写道，通过观察亚微米的环状结构，他们将其确定为磁涡旋环。这些纹理远远超出了它们的美学吸引力，可能会为进一步在磁体中产生复杂的三维结构指明道路，并有一天可能成为新技术应用的基础。

确定磁铁内部的磁化排列是非常具有挑战性的，特别是对于微观和纳米尺度的结构，这方面的研究通常仅限于观察表面下的浅层。2017年，研究人员引入了一种新的x射线方法，用于块磁体的纳米断层扫描，他们在瑞士光源SLS的实验中演示了这种方法。这一进展打开了一扇独特的窗口，可以了解磁体的内部。

此次，研究人员观察到的令人震惊的环状结构出现在钆钴微柱样品中，之前他们曾在这些样品中检测到由漩涡（水从水槽螺旋流走时的那种结构）和反涡旋组成的复杂磁场构型。出乎意料的是，科学家还发现了由成对的旋涡和反涡旋组成的环状结构。这个观察结果最初被证明是令人困惑的。随着新的复杂数据分析技术的出现，他们最终确定了这些结构就是所谓的旋涡环——本质上，就是甜甜圈形状的旋涡。

这些观察结果不仅验证了大约20年前的预测，解决了这样的结构是否存在的问题。他们还发现磁涡环结构是非常稳定的。

相关论文信息：http://dx.doi.org/10.1038/s41567-020-01057-3

来源：中国科学报

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