Meroner realiseret i syntetiske antiferromagneter

De elektroniske enheder, vi bruger til daglig, er drevet af elektriske strømme. Dette er tilfældet med vores stuelamper, vaskemaskiner og fjernsyn, for blot at nævne nogle få eksempler. Databehandling i computere er også afhængig af information leveret af små ladningsbærere kaldet elektroner.

Området for spintronik anvender imidlertid et andet koncept. I stedet for ladningen af ​​elektroner er den spintroniske tilgang at udnytte deres magnetiske moment, med andre ord deres spin, til at lagre og behandle information – med det formål at gøre fremtidens computere mere kompakte, hurtige og bæredygtige.

En måde at behandle information på baseret på denne tilgang er at bruge de magnetiske hvirvler kaldet skyrmioner eller alternativt deres stadig lidt forståelige og sjældnere fætre kaldet "meroner". Begge er kollektive topologiske strukturer dannet af adskillige individuelle spins. Meroner er til dato kun blevet observeret i naturlige antiferromagneter, hvor de er svære at både analysere og manipulere.

Find meroner i syntetiske antiferromagneter

I samarbejde med teams på Tohoku University i Japan og ALBA Synchrotron Light Facility i Spanien har forskere fra Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) været de første til at påvise tilstedeværelsen af ​​meroner i syntetiske antiferromagneter og dermed i materialer, der kan fremstilles vha. standard deponeringsteknikker. Resultaterne af den aktuelle forskning er blevet offentliggjort i Nature Communications .

"Vi var i stand til at udtænke et nyt levested for, hvad der er en ny og meget 'sky' art," sagde Dr. Robert Frömter, en fysiker ved JGU. Forskningsresultatet indebærer at designe syntetiske antiferromagneter på en sådan måde, at der dannes meroner i dem samt påvisning af selve meronerne.

For at sammensætte de tilsvarende materialer lavet af flere lag, foretog forskerne omfattende simuleringer og udførte analytiske beregninger af spinstrukturer i samarbejde med en teorigruppe på JGU. Målet var at bestemme den optimale tykkelse af hvert lag og det egnede materiale for at lette hosting af meroner og for at forstå kriterierne for deres stabilitet.

Sammen med teoretisk arbejde forfulgte holdet eksperimenter for at løse disse udfordringer. "Ved hjælp af magnetisk kraftmikroskopi i forbindelse med den mindre velkendte scanningselektronmikroskopi med polarisationsanalyse har vi med succes identificeret meroner i vores syntetiske antiferromagneter," forklarede Mona Bhukta, en doktorgradskandidat ved JGU's Institut for Fysik. "Vi har således formået at tage et skridt fremad mod den potentielle anvendelse af meroner."

Flere oplysninger: Mona Bhukta et al, Homochirale antiferromagnetiske meroner, antimeroner og bimeroner realiseret i syntetiske antiferromagneter, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45375-z

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Johannes Gutenberg University Mainz