Novo odkritje na Institutu Jožef Stefan: mreže vrtincev v tekočih kristalih

Mednarodna raziskovalna skupina Andriy Nych, Jun-ichi Fukuda, Ulyana Ognysta ter Slobodan Žumer in Igor Muševič z Instituta »Jožef Stefan« in Fakultete za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani je v laboratoriju prof. Muševiča na Institutu »Jožef Stefan« zadnjih pet let z optičnim mikroskopom raziskovala zelo tanke plasti vijačnega tekočega kristala in opazila vrtinčaste strukture, imenovane skirmioni. Z numeričnim modeliranjem so potrdili, da je v tekočem kristalu spontano nastala skirmionska mreža, ki je bila že pred leti napovedana s simulacijami in je bila do sedaj opažena le v tankih plasteh vijačnih magnetov. Raziskava obeta globje razumevanje praktične uporabe vrtinčastih magnetnih nano-struktur za shranjevanje informacij, objavljena pa je bila v prestižni reviji Nature Physics.

Vrtinčasta struktura snovi je v fiziki snovi dokaj eksotičen pojav, ki pa je za fizike sila zanimiv, ker povezuje fiziko realnega sveta s posebno vejo matematike, imenovano topologija. Prav zaradi tega so Nobelovo nagrado za fiziko leta 2016 dobili David J. Thoules, F. Duncan Haldane in J. Michael Kosterli za razumevanje narave vrtinčastih struktur v superprevodnikih, super fluidnih in eksotičnih magnetih. V teh snoveh so vrtinci izredno težko opazljivi, saj je potrebno snov ohladiti praktično do absolutne ničle. V tekočem kristalu pa jih lahko opazimo z optičnim mikroskopom pri sobni temperaturi.

Vrtince pravzaprav poznamo iz vsakdanjega življenja, vsakdo od nas je že prav gotovo v živo opazoval vrtince v deroči vodi ali iz varne razdalje vrtinčasti lijak tropskega orkana. Tudi pri živih bitjih srečamo vrtinčaste strukture in sorodne topološke nepravilnosti, kot sta na primer vrtinec v človeškem lasišču ali bolj kompliciran vrtinec na koži prstov vsakega od nas. Ravno zato fizike tako zelo zanima narava in pojavnost vrtinčastih topoloških struktur, saj jih srečamo na tako različnih področjih od fizike, preko matematike do biologije. Objavljeno delo o vrtincih v tekočih kristalih nudi neposreden vpogled v naravo topološke snovi, ki je trenutno eno od žarišč sodobne fizike. Obeta tudi globje razumevanje praktične uporabe vrtinčastih magnetnih nano-struktur za shranjevanje informacij.