Når elektriske felter får spin til at hvirvle

Vi når grænserne for siliciumfunktioner med hensyn til datalagringstæthed og hukommelsesenheders hastighed. En af de potentielle næste generations datalagringselementer er den magnetiske skyrmion. Et team på Center for korrelerede elektronsystemer, inden for Institute for Basic Science (IBS, Sydkorea), i samarbejde med University of Science and Technology of China, har rapporteret opdagelsen af ​​små og ferroelektrisk afstembare skyhyrninger. Udgivet i Naturmaterialer , dette arbejde introducerer nye overbevisende fordele, der bringer skyrmion -forskning et skridt tættere på anvendelsen.

Det forestilles, at lagring af hukommelse på skyrmions - stabile magnetiske forstyrrelser af hvirvlende spins (magnetiske øjeblikke) - ville være hurtigere at læse og skrive, forbruge mindre energi, og generere mindre varme end de i øjeblikket anvendte magnetiske tunnelkryds. I fremtidens hukommelse og logiske enheder, 1 og 0 bits svarer til eksistensen og ikke-eksistensen af ​​en magnetisk skyrmion, henholdsvis. Selvom talrige skyrmion -systemer er blevet opdaget i laboratorier, det er stadig meget udfordrende at producere kontrollerbar, nyrometerstørrelse i skyer til vores teknologiske behov.

I dette studie, forskerne fandt ud af, at skyrmions med en diameter mindre end 100 nanometer spontant dannes i ultratyndt materiale, bestående af et lag bariumtitanat (BaTiO ₃ ) og et lag strontiumruthenat (SrRuO ₃ ). Under 160 Kelvin (-113 Celsius), SrRuO ₃ er ferromagnetisk, hvilket betyder, at dens spins er justeret ensartet parallelt. Når de to lag er overlejret, imidlertid, en særlig magnetisk interaktion hvirvler SrRuO ₃ 's spins, genererer magnetiske skyhyrninger. En sådan ejendommelig magnetisk struktur blev påvist under 80 Kelvin (-193 Celsius) ved hjælp af magnetisk kraftmikroskopi og Hall-målinger.

Ud over, ved at manipulere den ferroelektriske polarisering af BaTiO ₃ lag, holdet var i stand til at ændre skyrmions tæthed og termodynamiske stabilitet. Modulationen er ikke-flygtig (den vedvarer, når strømmen slukkes), reversibel, og nanoskala.

"Magnetiske skyrmions og ferroelektricitet er to vigtige forskningsemner inden for kondenseret fysik. De studeres normalt separat, men vi samlede dem, "forklarer Lingfei Wang, første forfatter til undersøgelsen. "Denne sammenhæng giver en ideel mulighed for at integrere veletablerede ferroelektriske enheders høje afstemning med skyrmions overlegne fordele i næste generations hukommelse og logiske enheder."