Skyrmions represent topologically stable field configurations with particle-like properties. We used neutron scattering to observe the spontaneous formation of a two-dimensional lattice of skyrmion lines, a type of magnetic vortex, in the chiral itinerant-electron magnet MnSi. The skyrmion lattice stabilizes at the border between paramagnetism and long-range helimagnetic order perpendicular to a small applied magnetic field regardless of the direction of the magnetic field relative to the atomic lattice. Our study experimentally establishes magnetic materials lacking inversion symmetry as an arena for new forms of crystalline order composed of topologically stable spin states.

Spin Control Controlling and manipulating the spin of an electron is a central requirement for applications in spintronics. Some of the challenges researchers are facing include efficient creation of spin currents, minimization of Joule heating, and extending the lifetime of electronic spins, which is especially important for quantum information applications. Costache and Valenzuela (p. 1645 ) address the first challenge by designing and fabricating an efficient and simple superconducting-based single-electron transistor that can produce spin current with controlled flow. Key to the design is asymmetric tunneling, which leads to a ratchet effect (or diode-like behavior), allowing the separation of up and down spins. Jonietz et al. (p. 1648 ) use electric currents five orders of magnitude smaller than those used previously in nanostructures to manipulate magnetization in a bulk material, MnSi, pointing the way toward decreased Joule heating in spintronic devices. This so-called spin-torque effect causes the rotation of the skyrmion lattice of spins, characteristic of MnSi, which is detected by neutron scattering. Finally, McCamey et al. (p. 1652 ) extend the short lifetime of an electronic spin of a phosphorous dopant by mapping it onto the much longer lived nuclear spin of the atom. Mapping the nuclear spin back onto the electronic spin allows production of a spin memory with a storage time exceeding 100s, which should prove useful for future practical applications.

We report a comprehensive small angle neutron scattering study (SANS) of the magnetic phase diagram of the doped semiconductor Fe_{1-x}Co_{x}Si for x=0.2 and 0.25. For magnetic field parallel to the neutron beam we observe a six-fold intensity pattern under field-cooling, which identifies the A-phase of Fe_{1-x}Co_{x}Si as a skyrmion lattice. The regime of the skyrmion lattice is highly hysteretic and extents over a wide temperature range, consistent with the site disorder of the Fe and Co atoms. Our study identifies Fe_{1-x}Co_{x}Si is a second material after MnSi in which a skyrmion lattice forms and establishes that skyrmion lattices may also occur in strongly doped semiconductors.

Two centuries of research on phase transitions have repeatedly highlighted the importance of critical fluctuations that abound in the vicinity of a critical point. They are at the origin of scaling laws obeyed by thermodynamic observables close to second-order phase transitions resulting in the concept of universality classes, that is of paramount importance for the study of organizational principles of matter. Strikingly, in case such soft fluctuations are too abundant they may alter the nature of the phase transition profoundly; the system might evade the critical state altogether by undergoing a discontinuous first-order transition into the ordered phase. Fluctuation-induced first-order transitions have been discussed broadly and are germane for superconductors, liquid crystals, or phase transitions in the early universe, but clear experimental confirmations remain scarce. Our results from neutron scattering and thermodynamics on the model Dzyaloshinskii-Moriya (DM) helimagnet (HM) MnSi show that such a fluctuation-induced first-order transition is realized between its paramagnetic and HM state with remarkable agreement between experiment and a theory put forward by Brazovskii. While our study clarifies the nature of the HM phase transition in MnSi that has puzzled scientists for several decades, more importantly, our conclusions entirely based on symmetry arguments are also relevant for other DM-HMs with only weak cubic magnetic anisotropies. This is in particular noteworthy in light of a wide range of recent discoveries that show that DM helimagnetism is at the heart of problems such as topological magnetic order, multiferroics, and spintronics.

Abstract We present a concept for an indirect geometry crystal time-of-flight spectrometer, which we propose for a source similar to the FRM-II reactor in Garching. Recently, crystal analyzer spectrometers at modern spallation sources have been proposed and are under construction. The secondary spectrometers of these instruments are evolutions of the flat cone multi-analyzer for three-axis spectrometers (TAS). The instruments will provide exceptional reciprocal space coverage and intensity to map out the excitation landscape in novel materials. We will discuss the benefits of combining a time-of-flight primary spectrometer with a large crystal analyzer spectrometer at a continuous neutron source. The dynamical range can be very flexibly matched to the requirements of the experiment without sacrificing the neutron intensity. At the same time, the chopper system allows a quasi-continuous variation of the initial energy resolution. The neutron delivery system of the proposed instrument is based on the novel nested mirror optics, which images neutrons from the position of the pulse cutting chopper representing a bright virtual source onto the sample. The spot size of less than 1 cm × 1 cm at the virtual source allows the realization of very short neutron pulses by the choppers, while the small and well-defined spot size at the sample position provides an excellent energy resolution of the secondary spectrometer.