Tag magnetismen på tur:Udforsk skyrmions mysterier

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory har opdaget afslapningsdynamikken i en nulfeltstilstand i skyrmioner, et roterende magnetisk fænomen, der har potentielle anvendelser i datalagring og spintroniske enheder.

Skyrmions er nanoskala hvirvler eller hvirvler af magnetiske poler, der danner gitter i et magnetisk materiale, en type kvasipartikel, der kan lynes hen over materialet, presset af elektrisk strøm. Disse egenskaber har fanget videnskabsmænds fascination, der tror, ​​at fænomenet kan føre til det næste store fremskridt inden for datalagring, gør digital teknologi endnu hurtigere og mindre.

Der er nogle store udfordringer at overvinde, imidlertid. Indtil for nylig var skyrmioner et fænomen, der kun blev observeret ved ekstremt lave temperaturer. Også, eksterne magnetiske kræfter gør dem i øjeblikket upraktiske til applikationer.

"For at være virkelig nyttig i en enhed, disse magnetiske hvirvler skal kunne eksistere uden 'hjælp' fra et eksternt magnetfelt, " sagde Lin Zhou, en videnskabsmand i Ames Laboratory's afdeling for materialevidenskab og teknik.

Med det i tankerne, hun og andre forskere ved Ames Laboratory undersøgte FeGe, et jern-germanium magnetisk materiale, der har demonstreret skyrmioner i de højeste temperaturområder til dato i krystaller med en lignende, eller B20 struktur.

Ames Lab-forskere med eksterne samarbejdspartnere var i stand til at etablere et skyrmion-gitter i en prøve gennem eksponering for magnetiske felter og underafkøling med flydende nitrogen. Med en højopløsningsmikroskopimetode kaldet Lorentz transmissionselektronmikroskopi (L-TEM), holdet var i stand til at observere skyrmion-gitteret i nul magnetfelt, og observer derefter skyrmionernes henfald, efterhånden som temperaturen blev varmere. Denne direkte observation gav kritisk ny information om, hvordan skyrmioner opfører sig, og hvordan de vender tilbage til en 'normal' (hvad videnskabsmænd kalder metastabil) magnetisk tilstand.

"Vi har stabiliseret disse skyrmioner uden et magnetfelt, og vores mikroskopiteknikker gjorde det muligt for os virkelig at se, hvordan hvirvlerne ændrer sig over tid, temperatur, og magnetfelt; vi synes, det giver et meget solidt grundlag for teoretikere til bedre at forstå dette fænomen, "Sagde Zhou.

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Afslapningsdynamik for Zero-Field Skyrmions over et bredt temperaturområde, "forfattet af Licong Peng, Ying Zhang, Liqin Ke, Tae-Hoon Kim, Qiang Zheng, Jiaqiang Yan, X.-G. Zhang, Yang Gao, Shouguo Wang, Jianwang Cai, Boagen Shen, Robert J. McQueeney, Adam Kaminski, Matthew J. Kramer, og Lin Zhou; og udgivet i Nano bogstaver .