Pressemitteilung
Vom Skyrmion zum Hopfion
Forschenden aus Jülich, China und Schweden ist der erste Nachweis ringförmiger 3D-Magnetstrukturen in einem Festkörperkristall gelungen, wie die Forscher im Fachmagazin Nature berichten.
Magnetische Hopfionen mit Laserpulsen erzeugt
30. April 2026
Ein internationales Team mit Beteiligung von Forschenden des Forschungszentrums Jülich hat erstmals isolierte magnetische Hopfionen mit einem Laser erzeugt. Die verschlungenen Magnetstrukturen gelten als vielversprechender Ansatz für künftige Informationstechnologien.
Hopfionen zählen zu den komplexesten bekannten magnetischen Konfigurationen. Anders als Skyrmionen, die als zweidimensionale Magnetwirbel bereits intensiv untersucht wurden, stehen die Hopfionen noch am Anfang ihrer Erkundung und erstrecken sich über alle drei Raumdimensionen. Aufgrund ihrer topologischen Eigenschaften können sie eine verbesserte Stabilität aufweisen.
Obwohl es sich im Kern um Strukturen handelt, lassen sich Hopfionen ähnlich wie klassische Teilchen unter dem Einfluss äußerer Kräfte bewegen und miteinander wechselwirken. Diese Eigenschaften machen sie zu vielversprechenden Kandidaten für Anwendungen in der Spintronik und in neuromorphen Computersystemen.
Kontrollierte Erzeugung mittels Laser
Ein zentraler Fortschritt der aktuellen Arbeit besteht darin, dass Hopfionen erstmals als isolierte, eigenständige Objekte mit kurzen Laserpulsen erzeugt wurden. Zuvor konnten sie nur in gebundener Form nachgewiesen werden, etwa als Hopfionen-Ringe, die mit Skyrmionen verknüpft sind. Der entsprechende Nachweis gelang Jülicher Forschenden gemeinsam mit internationalen Partnern und wurde 2023 in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Eine davon unabhängige, kürzlich in Nature Materials veröffentlichte Studie berichtete zudem über die Bildung magnetischer Hopfionen durch elektrische Stromimpulse.
Für die nun in Nature Physics vorgestellten Experimente nutzten die Forschenden ultrakurze Laserpulse, um das Material kurzzeitig in einen angeregten Zustand zu versetzen. Auf diese Weise lassen sich energetische Barrieren überwinden, die die Bildung solcher komplexen Strukturen normalerweise verhindern. Bereits ein einzelner Laserpuls kann ausreichen, um Hopfionen zu erzeugen.
Die experimentellen Arbeiten wurden an der South China University of Technology und der Nankai University in China durchgeführt. Dort fanden sowohl die Laserexperimente als auch die hochauflösenden Untersuchungen mittels Elektronenmikroskopie statt. Forschende des Peter Grünberg Instituts und des Ernst Ruska-Centrums leisteten entscheidende Beiträge zur theoretischen Modellierung, zur Interpretation der Messergebnisse sowie zur Entwicklung begleitender Computersimulationen. Die Arbeiten in Jülich erfolgten im Rahmen des ERC-Synergy-Grants „3D MAGiC“, der gezielt zur Erforschung solcher dreidimensionaler topologischer Spinstrukturen eingeworben wurde.
originalpublikation
Chen, X., Yang, D., Li, Z. et al.
Laser-induced nucleation of magnetic hopfions.
Nat. Phys. (2026), DOI: 10.1038/s41567-026-03236-0
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Director: "Physics of Nanoscale Systems" (ER-C-1), Managing Director ER-C 2025
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Letzte Änderung: 30.04.2026