Bitdata går anti-skyrmions

Dagens verden, hurtigt skiftende på grund af "big data", er indkapslet i billioner af små magnetiske objekter - magnetiske bits - som hver gemmer en bit data i magnetiske diskdrev. En gruppe forskere fra Max Planck Institutes i Halle og Dresden har opdaget en ny form for magnetisk nano -objekt i et nyt materiale, der kunne tjene som en magnetisk bit med tilslutningsegenskaber til at lave en magnetisk disk uden bevægelige dele - en racerbane Hukommelse - en realitet i den nærmeste fremtid.

De fleste digitale data gemmes i skyen som magnetiske bits inden for et massivt antal magnetiske diskdrev. I løbet af de sidste årtier er disse magnetiske bits skrumpet med mange størrelsesordener, nå grænser, hvor grænserne for disse magnetiske områder kan have særlige egenskaber. I nogle specielle materialer kan disse grænser - "magnetiske domænevægge" - beskrives som værende topologiske. Hvad dette betyder, er, at disse vægge kan tænkes at have en særlig magisk kappe - det, der af forskere omtales som "topologisk beskyttelse". En vigtig konsekvens er, at sådanne magnetiske vægge er mere stabile over for forstyrrelser end lignende magnetiske bits uden topologisk beskyttelse, der dannes i konventionelle magnetiske materialer. Dermed, disse "topologiske" magnetiske objekter kan være særligt nyttige til lagring af "1" og "0" s, de grundlæggende elementer i digitale data.

Et sådant objekt er en "magnetisk skyrmion", som er en lille magnetisk region, måske titusindvis til hundredvis af atomer brede, adskilt fra et omgivende magnetisk område af en kiral domænevæg. Indtil for nylig er der kun fundet en type skyrmion, hvor den er omgivet af en kiral domænevæg, der har samme form i alle retninger. Men der har været forudsigelser om flere andre typer skyrmions, der endnu ikke blev observeret. Nu i et papir udgivet i Natur , forskere fra Prof. Stuart Parkins NISE -afdeling ved Max Planck Institute for Microstructure Physics i Halle, Tyskland, har fundet en anden klasse af skyhyrninger, det der kaldes "anti-skyrmions", i materialer syntetiseret i prof. Claudia Felser's Solid State Chemistry Department ved Max Planck Institute for CPFS, Dresden, Tyskland.

Forskerne fra Halle og Dresden har fundet disse små magnetiske objekter i en særlig klasse af alsidige magnetiske forbindelser kaldet Heusler -forbindelser, som Claudia Felser og hendes kolleger har udforsket omfattende i løbet af de sidste 20 år. Af disse Heusler -forbindelser, en lille delmængde har den helt rigtige krystalsymmetri for at give mulighed for at danne anti-skyrmions, men ikke skyrmions. Ved hjælp af et meget følsomt transmissionselektronmikroskop på Max Planck Institute for Microstructure Physics, Halle, der blev specielt ændret for at muliggøre påvisning af små magnetiske øjeblikke, anti-skyrmions blev skabt og opdaget over en lang række temperaturer og magnetfelter. Mest vigtigt, anti-skyrmions, både i bestilte arrays og som isolerede objekter, kunne ses selv ved stuetemperatur og i nul magnetfelter.

Skyrmions særlige kappeegenskaber gør dem af stor interesse for en radikalt ny form for solid state -hukommelse - Racetrack Memory - som blev foreslået af Stuart Parkin for ti år siden. I Racetrack Memory er digitale data kodet inden for magnetiske domænevægge, der er tæt pakket i nanoskopiske magnetiske ledninger. En af de unikke egenskaber ved Racetrack Memory, som adskiller sig fra alle andre minder, er, at væggene flyttes rundt om selve nanotrådene ved hjælp af nylige opdagelser i spin-orbitronics. Meget korte strømimpulser bevæger alle domænevægge bagud og fremad langs nanotråde. Væggene - de magnetiske bits - kan læses og skrives af enheder, der er indbygget direkte i selve nanotråden, derved elimineres eventuelle mekaniske dele. Topologisk beskyttede magnetiske vægge er meget lovende for Racetrack Memory.

Dermed, anti-skyrmions kan snart komme til Racetrack Memory! At gå endnu længere end anti -skyrmions det næste mål er realiseringen af ​​en tredje klasse af skyrmions - antiferromagnetiske skyrmions - som er små magnetiske objekter, der faktisk ikke har et netto magnetisk moment. De er magnetisk næsten usynlige, men har unikke egenskaber, der gør dem af stor interesse.