3D-magnetiske interaktioner kan føre til nye former for computing

En ny form for magnetisk interaktion, der skubber et tidligere todimensionelt fænomen ind i den tredje dimension, kan åbne op for en lang række spændende nye muligheder for datalagring og avanceret computing, siger forskere.

I et nyt papir offentliggjort i dag i tidsskriftet Naturmaterialer , et team ledet af fysikere fra University of Glasgow beskriver, hvordan de har fundet en ny måde med succes at videregive information fra en række små magneter, der er anbragt på en ultratynd film over til magneter på en anden film nedenfor.

Deres gennembrud tilføjer både en bogstavelig og metaforisk ekstra dimension til 'spintronics', det videnskabelige felt dedikeret til datalagring, hentning og behandling, som allerede har haft stor indflydelse på tech -industrien.

Enhver, der nogensinde har leget med et par magneter, forstår, at modsætninger tiltrækker - den ene magnets sydpol tiltrækker den anden nordpol. Selvom det er sandt i den skala, de fleste kender, måden magneter interagerer med hinanden undergår nogle væsentlige ændringer, når magneter krymper.

På nanoskalaen - hvor magnetiske materialer kun kan være et par milliarddeler af en meter - interagerer magneter med hinanden på mærkelige nye måder, herunder muligheden for at tiltrække og frastøde hinanden i 90 graders vinkler i stedet for ligeud.

Forskere har allerede lært, hvordan man udnytter disse usædvanlige egenskaber til at kode og behandle information i tynde film dækket af et enkelt lag nanoskala magneter.

Fordelene ved disse 'spintronic' systemer - lavt strømforbrug, høj lagerkapacitet og større robusthed - har foretaget uvurderlige tilføjelser til teknologi såsom magnetiske harddiske, og vandt opdagere af spintronics en nobelpris i 2007.

Imidlertid, funktionaliteten af ​​magnetiske systemer, der bruges i dag i computere, forbliver begrænset til et plan, begrænser deres kapacitet. Nu, teamet ledet af University of Glasgow-sammen med partnere fra universiteterne i Cambridge og Hamburg, det tekniske universitet i Eindhoven og Aalto University School of Science - har udviklet en ny måde at kommunikere information fra et lag til et andet, tilføjer nyt potentiale for lagring og beregning.

Dr. Amalio Fernandez-Pacheco, en EPSRC Early Career Fellow på University's School of Physics and Astronomy, er hovedforfatter på papiret. Han sagde:"Opdagelsen af ​​denne nye form for interaktion mellem nabolag giver os en rig og spændende måde at udforske og udnytte hidtil usete 3D-magnetiske tilstande i flerlags nanoskala magneter.

"Det er lidt som at få en ekstra tone i en musikalsk skala at spille med - det åbner en helt ny verden af ​​muligheder, ikke kun til konventionel informationsbehandling og opbevaring, men potentielt til nye former for computing, vi ikke engang har tænkt på endnu. "

Mellemlagsoverførslen af ​​information, teamet har skabt, afhænger af, hvad fysikere kender som chirale spin-interaktioner, en form for magnetisk kraft, der favoriserer en særlig følelse af rotation i nanoskala -magneter ved siden af. Takket være de seneste fremskridt inden for spintronics, det er nu muligt at stabilisere disse interaktioner inden for et magnetisk lag. Dette er for eksempel blevet udnyttet til at skabe skyrmions, en type magnetisk objekt i nanoskala med overlegne egenskaber til computerapplikationer.

Teamets forskning har nu udvidet denne type interaktioner til nabolag for første gang. De fremstillede et flerlags system dannet af ultratynde magnetiske film adskilt af ikke-magnetiske metalliske afstandsstykker. Systemets struktur, og en præcis afstemning af egenskaberne for hvert lag og dets grænseflader, skaber usædvanlige kantede magnetiske konfigurationer, hvor magnetfeltet i de to lag danner vinkler mellem nul og 90 grader.

I modsætning til i standard flerlags magneter, det bliver lettere for disse magnetfelter at danne konfigurationer med uret end dem mod uret, et fingeraftryk, som en inter -lag chiral spin -interaktion eksisterer mellem de to magnetiske lag. Denne brud på rotationssymmetri blev observeret ved stuetemperatur og under standardmiljøforhold. Som resultat, denne nye type mellemliggende magnetisk interaktion åbner spændende perspektiver for at realisere topologisk komplekse magnetiske 3D-konfigurationer i spintronic-teknologier.

Holdets papir, med titlen 'Symmetry-Breaking Interlayer Dzyaloshinskii-Moriya Interactions in Synthetic Antiferromagnets', er udgivet i Naturmaterialer .