Forskere opdager, at skyrmions kan splitte som biologiske celler

Forskere ved det amerikanske energiministeriums Ames -laboratorium har opdaget, at skyrmions - en slags kvasipartikel med egenskaber, der kan føre til den næste generation af datalagring og -overførsel - reproducerer sig ved at splitte på en måde, der meget ligner biologisk celledeling.

Skyrmions er magnetiske hvirvler i nanoskala, en type kvasepartikel, der drives af ultra-lav elektrisk strøm. Som en kvasipartikel, de har ingen reel masse, alligevel danner et periodisk mønster, der meget ligner det symmetriske arrangement af atomer inde i en krystal, eller krystalgitter.

"For at integrere skyrmions i fremtidige enheder, videnskaben skal have en nøjagtig forståelse af deres dannelsesmekanisme "sagde Lin Zhou, en videnskabsmand, der anvender banebrydende mikroskopiteknikker til måling af lokale magnetiske egenskaber i materialer på Ames Laboratory's Sensitive Instrument Facility. "I denne forskning, vi beviste direkte, at skyrmion -krystal vokser fra en konisk magnetisk fase på samme måde som rigtige nanokrystaller vokser fra opløsning. "

I modsætning til de ægte krystalstrukturer, imidlertid, skymionerne kan tilintetgøre ufuldkommenheder i gittermønsteret ved selvspaltning (ligner cellens reproduktion), en slags selvhelbredende proces, der aldrig er blevet beskrevet før.

For at forstå den fysik, der styrer den vækstmekanisme, teamet observerede, forskerne kombinerede mikromagnetisk simulering med en strengmetode til at undersøge interaktionskraften og overgangsveje mellem forskellige spin -tilstande.

"Vi fandt ud af, at der er en konkurrencedygtig frastødende og attraktiv interaktionskraft mellem skyrmions i keglefasen, der styrer den partikellignende skyrmion gittervækst." sagde Liqin Ke, en videnskabsmand ved Ames Laboratory. "Og, vi fandt ud af, at selvopdelingsmekanismen er mere energisk gunstig end kimdannelse og vækst af en ny skyrmion inde i det defekte gitter. "

Zhou sagde, at indsigten kunne føre til bedre kontrol og manipulation af skyrmions, som kunne hjælpe med at guide designet til høj tæthed og energieffektiv datalagring og overførsel.

Forskningen diskuteres yderligere i papiret, "Mekanismer for Skyrmion og Skyrmion Crystal Formation fra den koniske fase, "udgivet i Nano bogstaver .