Større indsigt i skyrmions fastgørelseseffekter

Når forskere bruger et optisk Kerr-mikroskop til at zoome ind på tynde film af magnetisk materiale, givet de rette betingelser, observerer de en slags magnetisk orkan i mikroskala. Fysikere kalder disse hvirvelvindlignende magnetiske strukturer skyrmioner. Ideen er at bruge dette fænomen til datalagring eller behandlingsenheder. Til disse applikationer skal bevægelsen af ​​mini-hvirvelvindene, der selv fungerer som enkeltstående partikler eller såkaldte kvasipartikler, udnyttes.

Skyrmionerne kan bevæge sig både på grund af temperaturpåvirkninger samt af elektriske strømme. Mens der kræves mere kraftfulde "skub" til visse applikationer, er den tilfældige termiske bevægelse ønskværdig for andre, såsom i ikke-konventionel databehandling.

Pinning:Når skyrmioner møder 'forhindringsbanen'

De nanometertynde materialefilm, hvor skyrmioner kan observeres, er aldrig perfekte. Som et resultat kan disse små magnetiske hvirvelvinde sætte sig fast - en effekt kendt som pinning. I de fleste tilfælde bliver de så fanget, at de ikke er i stand til at flygte. Det er som at prøve at rulle en lille kugle på overfladen af ​​et gammelt bord dækket af ridser og huller. Dens vej vil blive afbøjet, og hvis der er en fordybning, der er stor nok, sætter bolden sig simpelthen fast. Når skyrmioner bliver fanget på denne måde, giver det udfordringer, især med hensyn til applikationer, der er afhængige af den termiske bevægelse af kvasipartiklerne. Fastgørelse kan føre til en fuldstændig standsning af denne bevægelse.

Forstå de grundlæggende principper ved fastgørelse

"Jeg har brugt et Kerr-mikroskop til at studere skyrmioner på kun en mikrometer i størrelse - eller, for at være mere præcis, deres pinningsadfærd," sagde Raphael Gruber, en doktorgradskandidat og medlem af forskerholdet for professor Mathias Kläui ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU). Der er allerede en række teorier om, hvordan effekten opstår. De fleste af dem koncentrerer sig om at se på skyrmioner som en helhed; med andre ord, de fokuserer på bevægelsen af ​​deres centre. Der har endda været et par eksperimentelle undersøgelser, men under tilstedeværelse af stærk pinning, hvor skyrmionerne slet ikke er i stand til at bevæge sig.

"Mine undersøgelser er baseret på svag pinning, der tillader skyrmionerne at bevæge sig lidt og blive ved med at hoppe, indtil de bliver fanget et andet sted," forklarede Gruber. Hans resultater giver interessant ny indsigt. "Skyrmions falder ikke som bolde i et hul," sagde den eksperimentelle fysiker. "Det, der sker, er, at det klæber til noget på overfladen." De tilsvarende resultater er for nylig blevet offentliggjort i Nature Communications .

Forskergruppens leder professor Mathias Kläui glæder sig også over de nye resultater, som er resultatet af mange års samarbejde med grupper fra teoretisk fysik:"Under regi af Skyrmionics Priority Program finansieret af den tyske forskningsfond og Spin+X Collaborative Research Center, vi har undersøgt dynamikken i spinstrukturer sammen med vores kolleger, der arbejder inden for teoretisk fysik. Jeg er glad for at kunne sige, at dette meget produktive samarbejde, især også mellem postgraduates i de involverede grupper, har genereret disse fascinerende resultater ."

Dr. Peter Virnau, som leder en teoretisk fysikgruppe i Mainz, sagde:"Skyrmions er et relativt nyt aspekt i min forskning... Jeg er glad for, at vores numeriske metoder kunne bidrage til en bedre forståelse af de eksperimentelle data." + Udforsk yderligere

Magnetiske hvirvler i lukkede rum