Frustrerede magnetiske skyrmions og antiskyrmions kunne muliggøre nye spintroniske applikationer

Nobelprisen i fysik i 2016 blev tildelt tre teoretiske fysikere for deres opdagelser af topologiske faseovergange og topologiske faser af stof, som fremhæver topologiens rolle og betydning for forståelsen af ​​den fysiske verden. Inden for magnetisme, topologi er også direkte relateret og grundlæggende for fysikken i en eksotisk magnetisk tekstur, den magnetiske skyrmion.

Magnetiske skyrmions er nanoskala magnetiske strukturer med topologiske kvantetal, som findes i en række materialer og kan styres ved metoder som elektrisk strøm og andre. På grund af deres nanoskala størrelse og topologisk beskyttede stabilitet, magnetiske skyrmions holder et stort løfte i spintronic -applikationer såsom magnetisk hukommelse og logiske computerenheder. For at manipulere magnetiske skyhyrninger til informationsbehandling, det er vigtigt at forstå deres dynamik fuldt ud.

For nylig, et team af forskere fra Kina og Japan har undersøgt de magnetiske skyrmions i frustrerede magneter og glædet sig over den eksotiske dynamik af frustrerede magnetiske skyrmions, som er fuldstændig forskellig fra magnetiske skyrmions i almindelige ferromagnetiske materialer. De fandt helicitetslåsning-oplåsning overgang af frustrerede magnetiske skyrmions ved at inkludere dipol-dipol interaktioner i deres teoretiske model, som er et energibegreb, der normalt er ubetydeligt for almindelige ferromagnetiske skyrmions. I de frustrerede magneter, dipol-dipol-interaktionen spiller en vigtig rolle i helicitet (rotationsmodus) -orbit (translationel tilstand) kobling af skyrmion, især ved lav temperatur. Ud over, forskerne viser, at de nuværende kontrollerede skyrmions og antiskyrmions dynamik med lås-låsende helicitet i frustrerede magneter kan muliggøre nye spintroniske applikationer, såsom helicitetsbaserede informationslagringsenheder.

Opdagelsen rapporteres i denne uge i journalen Naturkommunikation , i et oplæg af det kinesiske universitet i Hong Kong, Shenzhen -forsker Xichao Zhang, og ph.d. -studerende Jing Xia, og fire andre fra Shenzhen University, Kina, Shinshu Universitet, Japan, og University of Tokyo, Japan.

"Helicitet er en grad af frihed for frustrerede magnetiske skyer, "siger Xichao Zhang, en forsker ved det kinesiske universitet i Hong Kong, Shenzhen, og den første forfatter til undersøgelsen. "I konventionelle ferromagnetiske materialer, helheden af ​​en skyrmion kan ikke kontrolleres effektivt, mens vi finder, at det er muligt at kontrollere skyrmion-heliciteten ved at udnytte helicity-låse-oplåsningsovergangen i frustrerede magnetiske materialer. "Zhang tilføjer, at styringen af ​​helicitet kan føre til nye spintroniske applikationer, såsom de helicitetsbaserede skyrmioniske erindringer.

"Vores undersøgelse viser også vekselvirkningen mellem frustrerede skyrmions og antiskyrmions, som er problemer af både teoretisk og praktisk betydning, "forklarer Yan Zhou, lektor ved det kinesiske universitet i Hong Kong, Shenzhen, og den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. Zhou siger, at det også er muligt at bygge logiske computerenheder baseret på skyrmions og antiskyrmions, og hans gruppe forfølger dette i øjeblikket.

"Vi kan bruge frustrerede skyrmions som en binær hukommelse ved hjælp af to stabile Bloch-stater, hvor heliciteten kan skiftes ved at anvende strøm, "siger Motohiko Ezawa, lektor ved University of Tokyo, og den anden tilsvarende forfatter til undersøgelsen.