Publication

Cu2OSeO3 turns trigonal with structural transformation and implications for skyrmions

2025

Résumé

The formation and characteristics of magnetic skyrmions are strongly governed by the symmetry of the underlying crystal structure. In this study, we report the discovery of a new trigonal polymorph of Cu2OSeO3, observed exclusively in nanoparticles. Electron diffraction and density functional theory calculations confirm its R3m space group, sharing C3v symmetry with Néel-type skyrmion hosts. This polymorph is likely stabilized by surface effects, suggesting that size-induced structural changes may drive a transformation from Bloch-type to Néel-type skyrmions in Cu2OSeO3. This hypothesis could be consistent with prior unexplained observations of Néel-type skyrmions at the surfaces of bulk crystals, which may result from surface-specific structural distortions. Overall, these findings provide insights into the interplay between size, structure, and magnetism, opening pathways for controlling skyrmionic properties in nanoscale systems.

Source officielle

https://infoscience.epfl.ch/entities/publication/8bc281e4-2526-4d9e-9401-5623f404b722

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Precession electron diffraction

Precession electron diffraction (PED) is a specialized method to collect electron diffraction patterns in a transmission electron microscope (TEM). By rotating (precessing) a tilted incident electron beam around the central axis of the microscope, a PED pattern is formed by integration over a collection of diffraction conditions. This produces a quasi-kinematical diffraction pattern that is more suitable as input into direct methods algorithms to determine the crystal structure of the sample.

Skyrmion

Le skyrmion est une particule théorisée en 1962 par le physicien britannique Tony Skyrme et dont la découverte a été annoncée en 2009 par des physiciens de l'Université technique de Munich. Son antiparticule est l'antiskyrmion. Un skyrmion est une superposition quantique de baryons et d'états de résonance, ou plus simplement un vortex ou tourbillon de spin sur une surface, qui peut être créé par la pointe d'un microscope à effet tunnel. C'est sous la forme du vortex de spin que les physiciens allemands ont fait leur découverte.

Diffraction des électrons

La diffraction des électrons est une technique utilisée pour l'étude de la matière qui consiste à bombarder d'électrons un échantillon et à observer la figure de diffraction résultante. Ce phénomène se produit en raison de la dualité onde-particule, qui fait qu'une particule matérielle (dans le cas de l'électron incident) peut être décrite comme une onde. Ainsi, un électron peut être considéré comme une onde, comme pour le son ou les vagues à la surface de l'eau. Cette technique est similaire à la diffraction X et à la diffraction de neutrons.

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