Dans af nanovortices

Det er et velkendt fænomen:Hvis en snurretop stødes eller sættes i rotation på en skrå overflade, det bevæger sig normalt ikke i en lige linje, men skriver i stedet en række små buer. Forskere ved Technische Universität Berlin og Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) er nu sammen med forskerhold fra Holland og Schweiz lykkedes med at fange og registrere dette bevægelsesmønster i et magnetisk tyndfilmsystem – i form af små magnetiske nanovortices. Derved, forskerne gjorde en ny opdagelse:nanovortices besidder masse. Artiklen vil blive publiceret i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Naturfysik .

"Ved hjælp af magnetiske felter, vi kan selektivt skabe de magnetiske nanovortices, så giv dem et skub, så de afbøjes ud af deres ligevægtsposition", forklarer Dr. Felix Büttner, der forfulgte denne forskning som sin ph.d. projekt. "Vi var så i stand til meget præcist at spore, hvordan disse skyrmioner, som disse specielle nanovortices kaldes, vende tilbage til deres hvilestilling", Büttner forklarer yderligere. Hvirvlerne er dannet i et magnetisk system af tyndfilm-flerlag, hvor vekslende lag sammensat af en kobolt-bor-legering og platin er stablet på hinanden. Hvert enkelt lag er mindre end en nanometer tykt. Dette arrangement giver forskerne mulighed for meget specifikt at skræddersy systemets magnetiske egenskaber, gør det muligt for skyrmionerne at eksistere. Diameteren af ​​disse magnetiske hvirvler er ikke mere end 100 nanometer. Det er omkring 1/1000 af diameteren af ​​et menneskehår.

Særlige teknikker gjorde det muligt for forskerne at spore skyrmionernes bevægelser med en præcision på bedre end nogle få nanometer ved individuelle tidstrin med mindre end et nanosekunds mellemrum. Dette blev lettet af holografiske optagelsesteknikker ved hjælp af intense røntgenimpulser fra BESSY II synkrotronkilden ved Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Disse holografiske optagelsesteknikker er blevet udviklet og forbedret af TU Berlins forskningsgruppe "Nanometer Optics and X-ray Scattering" i samarbejde med HZB over en årrække, en fælles indsats ledet af prof. Stefan Eisebitt fra TU Berlin.

Det, Büttner og hans medarbejdere observerede i røntgenhologrammerne, var bemærkelsesværdigt:"I lighed med at støde en snurretop, nanovortex bevæger sig ikke i en lige linje, men i stedet langs en spiralbane", forklarer Büttner. "Ved at sammenligne vores målinger med modelberegninger, vi var i stand til at fastslå, at denne spiralformede bevægelse kun kan forklares, hvis skyrmion har masse."

Dette er en vigtig opdagelse, da de her observerede nanovortices kun repræsenterer én speciel type skyrmioner, der findes i naturen. "I fortiden, skyrmioner blev ofte beskrevet som værende masseløse", forklarer Christoforos Moutafis fra Paul Scherrer Institute, som længe har været involveret i den teoretiske beskrivelse af den slags strukturer. Nu, anvendelsen af ​​begrebet masse på sådanne partikler, som fastslået af dette arbejde, vil også bidrage til forståelsen af ​​andre typer skyrmioner, som forskerne påpeger i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Naturfysik .

Der kunne også være håndgribelige anvendelser for disse magnetiske nanovortices inden for tynde magnetiske lag - de diskuteres allerede i dag som et alternativt informationsmedie inden for databehandling og lagring. Forskere formoder, at på grund af deres "skyrmion-ejendom", sådanne bits (informationsenheder) kan lagres tættere og overføres mere pålideligt end i dag. Den nye indsigt i skyrmions adfærd kan bidrage til at realisere denne slags nye koncepter for informationsbehandling.