Wizualizacja skyrmionu

Pojedyncze skyrmiony jak na talerzu. Spintronika coraz bliżej

Naukowcy odkryli, że możliwe jest manipulowanie pojedynczymi skyrmionami. Struktury te mogą być podstawą przyszłych urządzeń do przechowywania informacji.

Fizycy z RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS) badają skyrmiony, czyli struktury będące maleńkimi wirami magnetycznymi, które mogą przemieszczać się pod wpływem niewielkich prądów elektrycznych, o kilka rzędów mniejszych niż te używane do stymulacji ścian domenowych (przestrzeni rozdzielających sąsiadujące domeny magnetyczne w ferromagnetyku lub ferrimagnetyku). Skyrmiony są badane w nadziei na praktyczne zastosowanie w urządzeniach do przechowywania danych o niskim zużyciu energii. Mogą być podstawą urządzeń spintronicznych.

Uchwycić dynamikę skyrmionów

Dotychczasowe badania skupiały się na dynamice skyrmionów o rozmiarach mikrometra lub większych, a także klastrów skyrmionów przechowywanych w warunkach poniżej temperatury pokojowej. W badaniach opublikowanych w Nature Communications, fizycy wykorzystali cienką płytkę magnetyczną wykonaną ze związku kobaltu, cynku i manganu – Co9Zn9Mn2 – który znany jest jako magnes chiralno-kratowy.

Naukowcy dokonali bezpośredniej obserwacji dynamiki pojedynczego skyrmionu o wielkości 100 nanometrów w temperaturze pokojowej za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego Lorentza. Śledzili ruchy skyrmionu i kontrolowali kierunki efektu Halla (zjawiska fizycznego polegającego na wystąpieniu różnicy potencjałów w przewodniku, w którym płynie prąd elektryczny) poprzez zmianę pola magnetycznego, gdy poddawali go działaniu ultraszybkich impulsów prądu elektrycznego (rzędu nanosekund).

To bardzo ekscytujące, ponieważ po raz pierwszy udało nam się użyć prądu elektrycznego do manipulowania pojedynczymi skyrmionami w temperaturze pokojowej w magnesach chiralno-kratowych.

Licong Peng z RIKEN

Odkryto, że ruch skyrmionu wykazywał dynamiczne przejście ze stanu statycznego do ruchu płynącego, poprzez ruch pełzający, pod wpływem bodźca prądu elektrycznego. Odkryto dość dużą prędkość skyrmionu – ponad 3 m/s.

Badania te doprowadzą do dalszych studiów nad dynamiką różnych topologicznych tekstur spinowych, co doprowadzi do rozwoju urządzeń opartych na skyrmionach.

Xiuzhen Yu z RIKEN