Undersøgelser af skyrmion Hall -effekten afslører overraskende resultater (opdatering)

Forskere ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) og Massachusetts Institute of Technology (MIT) har fået et gennembrud inden for fremtidige magnetiske lagerenheder. I marts 2016, det internationale team undersøgte strukturer, der kunne tjene som magnetskiftregister eller racerbanehukommelsesenheder. Denne type opbevaring lover lave adgangstider, høj informationstæthed, og lavt energiforbrug. Nu, forskergruppen har opnået den milliardfoldige reproducerbare bevægelse af specielle magnetiske teksturer, såkaldte skyrmions, mellem forskellige positioner, en nøgleproces, der er nødvendig i magnetiske skiftregistre, og derved tage et kritisk skridt i retning af anvendelse af skyrmions i enheder. Værket blev offentliggjort i forskningstidsskriftet Naturfysik .

Forsøgene blev udført i specialdesignede tynde filmstrukturer, dvs. lodret asymmetriske flerlagsudstyr, der udviser brudt inversionssymmetri, som stabiliserede særlige spin -strukturer kaldet skyrmions. Disse strukturer ligner en hårhvirvel, og er relativt vanskelige at ødelægge. Dette giver dem en unik stabilitet, hvilket er et andet argument for anvendelse af skyrmions i sådanne spintronic -enheder.

Skyrmions kan forskydes af elektriske strømme og føle en frastødende kraft fra kanterne af magnetsporet såvel som fra enkeltfejl i tråden. Dermed, de kan bevæge sig relativt uforstyrret gennem sporet. Dette er en nøgleegenskab for racerbaneanordninger, som foreslås at bestå af statiske læse- og skrivehoveder, mens de magnetiske bits forskydes i sporet. Imidlertid, skyrmions bevæger sig ikke kun parallelt med den anvendte strøm, men også vinkelret på den. Dette fører til en vinkel mellem skyrmions bevægelsesretning og den nuværende strøm kaldet skyrmion Hall -vinklen. Dette er teoretisk forudsagt. Som resultat, skyrmionerne skulle bevæge sig under denne konstante vinkel, indtil de frastødes af materialets kant og derefter holde en konstant afstand fra det.

Forskere fra JGU og MIT har nu bevist, at den milliardfoldige reproducerbare forskydning af skyrmions er, Ja, muligt, og kan opnås med høje hastigheder. Desuden, skyrmion Hall -vinklen blev undersøgt i detaljer. Overraskende, det viste sig at være afhængigt af skyrmionernes hastighed, hvilket betyder, at bevægelsens komponenter parallelt og vinkelret på strømmen ikke skaleres lige meget med skyrmionernes hastighed. Dette forudsiges ikke i den konventionelle teoretiske beskrivelse af skyrmions. En del af løsningen på denne uventede adfærd kan være deformationen af ​​skyrmion -spin -strukturen, opfordrer til mere teoretisk indsats for fuldt ud at forstå skyrmions egenskaber.

"På meget konkurrencedygtige forskningsområder som f.eks. Om skyrmions, internationalt samarbejde med ledende grupper er en strategisk fordel. Inden for kun to år efter starten af ​​samarbejdet med vores kolleger fra MIT, vi har allerede offentliggjort anden gang sammen i en højt rangeret Natur gruppeblad. MAINZ Graduate School of Excellence letter forskningsophold for ph.d. -studerende fra USA i Mainz og omvendt og bidrager derfor betydeligt til international uddannelse og vellykket forskning på dette område, "sagde professor Mathias Kläui fra JGU Institute of Physics, der også er direktør for MAINZ.