Studie i spiraler af magnetisk spin viser potentialet af lagdelte materialer til fremtidig datalagring

Små spiraler af magnetisme kaldet skyrmioner kunne bruges som energieffektive databærere med ultrahøj tæthed.

Jarvis Loh, Gan Chee Kwan og Khoo Khoong Hong fra Agency for Science, Teknologi og Forskning (A*STAR) Institute of High Performance Computing, Singapore, har modelleret disse små spinspiraler i nanoskopiske krystallag. De fandt ud af, at skiftende lag af mangansilicid (MnSi) og koboltsilicid (CoSi) danner en lovende materialearkitektur.

"Skyrmions er nanoserede enheder, kun snesevis af nanometer, så de holder løftet om højere lagertæthed end den nuværende teknologi, " sagde Gan.

Opbevaring baseret på skyrmioner vil repræsentere binære data såsom '1'er og '0'er' som spinspiraler med uret og mod uret, henholdsvis. Skyrmioner kan forbedre energieffektiviteten, da de kan skabes og manipuleres med strømme, der er væsentligt mindre end dem, der kræves til konventionel magnetisk harddiskteknologi.

Skyrmioner var eksperimentelt blevet observeret i mangansilicid, hvilket får holdet til at udforske simuleringer af mangansilicid i dets uberørte form og i kombination med lignende materialer.

Holdet valgte koboltsilicid, fordi kobolt sidder tæt på mangan i det periodiske system, og dens lignende gitteregenskaber betyder, at den skal kombineres godt med mangansilicid. Kobolt har også stærke magnetiske egenskaber - det er ferromagnetisk.

Holdets simuleringer viste, at kobling af koboltsilicid til mangansilicid gør det muligt at konstruere spin -spiralerne i mangansilicid. "Det interessante er, at vi nu kan variere størrelsen af ​​skyrmioner på en nem og elegant måde, " sagde Loh.

I skyrmions centrum vendes atomernes magnetiske spin 180 grader i forhold til spindet på dens yderkant; mellem kanten og midten vipper spinsene gradvist mellem de to yderpunkter. Kritisk i størrelsen af ​​skyrmioner er materialets evne til at understøtte høj relativ hældning mellem naboatomer i gitteret, hvilket gør det muligt at pakke skyrmion i en mindre spiral.

Holdet fandt ud af, at tilføjelse af koboltsilicidlag til mangansilicidlagene øgede den mulige relative hældning. Der er dog en øvre grænse - for koboltsilicidlag dobbelt så tykkelse som mangansilicidet, materialet holdt op med at understøtte skyrmioner og gik over til en mere konventionel ferromagnetisk adfærd.

En af attraktionerne ved skyrmions som datalagringsmedium er deres robusthed, siger Loh. "I modsætning til nuværende magnetisk lager, skyrmioner er modstandsdygtige over for defekter i gitteret. De er topologisk beskyttet."

Teamet planlægger at anvende deres succesfulde tilgang til andre potentielle arkitekturer, såsom nanotråde.