Magnetiske hvirvler i fremtidige datalagringsenheder

Magnetiske (anti)skyrmioner er mikroskopisk små hvirvler, der findes i specielle klasser af magnetiske materialer. Disse nanoobjekter kunne bruges til at være vært for digitale data ved deres tilstedeværelse eller fravær i en sekvens langs en magnetstribe. Et team af forskere fra Max Planck-institutterne (MPI) for mikrostrukturfysik i Halle og for kemisk fysik af faste stoffer i Dresden og Martin Luther-universitetet Halle-Wittenberg (MLU) har nu gjort den observation, at skyrmioner og antiskyrmioner kan eksistere side om side. mulighed for at udvide deres muligheder inden for lagerenheder. Resultaterne blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Naturkommunikation .

Med de stadigt stigende mængder af digitale data fra det voksende antal enheder, efterspørgslen efter datalagringskapacitet er blevet dramatisk øget i løbet af de sidste par år. Konventionelle lagringsteknologier kæmper for at følge med. På samme tid, det stadigt stigende energiforbrug for disse enheder – harddiske (HDD) og RAM-hukommelser – er i modstrid med et "grønt" energilandskab. Der kræves helt nye enheder, der har større ydeevne ved et drastisk reduceret energiforbrug.

Et lovende forslag er den magnetiske racerbanehukommelseslagringsenhed. Den består af nanoskopiske magnetstriber (racerbanerne), hvori data er kodet i magnetiske nanoobjekter, typisk ved deres tilstedeværelse eller fravær på bestemte positioner. Et muligt nanoobjekt er en magnetisk (anti)skyrmion:Dette er en ekstremt stabil magnetiseringshvirvel med en størrelse, der kan varieres fra mikrometer til nanometer. Disse objekter kan skrives og slettes, Læs og, mest vigtigt, bevæget af strømme, gør det derfor muligt at køre racerbanen uden bevægelige dele. "Ved at stable flere racerbaner, en oven på hinanden, at skabe en medfødt tredimensionel hukommelseslagringsenhed, lagerkapaciteten kan øges drastisk sammenlignet med solid state-drev og endda harddiske. I øvrigt, en sådan racerbanehukommelsesenhed ville fungere ved en brøkdel af energiforbruget for konventionelle lagerenheder. Det ville være meget hurtigere, og ville være meget mere kompakt og pålidelig, " forklarer professor Stuart Parkin, direktør for MPI for mikrostrukturfysik i Halle og Alexander von Humboldt professor ved MLU.

"Skyrmioner og antiskyrmioner er 'modsatte' magnetiske hvirvler. indtil for nylig, man troede, at disse to distinkte objekter kun kan eksistere i forskellige klasser af materialer." forklarer prof Ingrid Mertig fra Institut for Fysik ved MLU. Forskerholdet fra Max Planck-institutterne i Halle og Dresden og MLU har nu opdaget, at antiskyrmioner og skyrmioner kan sameksistere under visse betingelser i det samme materiale. Dr. Börge Göbel, medlem af Mertigs forskningsgruppe, gav den teoretiske forklaring på de uventede eksperimentelle observationer, der blev udført af Jagannath Jena i Parkins gruppe. De målte enkeltkrystalmaterialer, Heusler forbindelser, blev udarbejdet af Dr. Vivek Kumar i gruppen af ​​Prof Claudia Felser ved MPI i Dresden.

Skyrmioner og antiskyrmioner stabiliseres i forskellige materialer ved en magnetisk interaktion, der er direkte bundet til strukturen af ​​værtsmaterialet. I nogle materialer kan kun skyrmioner dannes, mens i andre materialer, antiskyrmioner foretrækkes energisk af denne interaktion. Imidlertid, hvad man tidligere har overset er, at de enkelte magneter i hvert materiale ("de magnetiske dipoler") også interagerer væsentligt med hinanden via deres dipol-dipol-vekselvirkning. Denne interaktion foretrækker altid skyrmioner. Af denne grund, selv "antiskyrmion materialer" kan udvise skyrmioner (men ikke omvendt). Dette sker fortrinsvis, når temperaturen sænkes. Ved en kritisk overgangstemperatur, de to adskilte objekter eksisterer side om side.

Udover dets grundlæggende relevans, denne opdagelse giver mulighed for en avanceret version af racerbanens hukommelsesdatalagring, hvor en bitsekvens kunne, for eksempel, være kodet af en sekvens af skyrmioner ('1' bit) og antiskyrmioner ('0' bit). Dette koncept ville være mere pålideligt end konventionelle racerbaner.