En effektiv strategi til beskyttelse af skyrmioner i kvantecomputere

En magnetisk skyrmion er et alsidigt topologisk objekt, der kan bruges til at transportere information i fremtidige spintroniske informationsbehandlingsenheder. Som potentielle ikke-flygtige informationsbærere, fremragende udholdenhed og robust fastholdelse er ønskede egenskaber for skyrmioner i spintroniske enheder. Imidlertid, Tidligere undersøgelser har antydet, at skyrmioner let kan ødelægges ved enhedskanter under højhastighedsoperationer på grund af den såkaldte skyrmion Hall-effekt.

Af disse grunde, et fokus i den nuværende skyrmion-forskning er at finde effektive måder at beskytte skyrmioner mod at blive ødelagt ved at røre enhedens kanter. Typiske løsninger omfatter eliminering af skyrmion Hall-effekten i antiferromagnetiske og syntetiske antiferromagnetiske systemer.

I en undersøgelse offentliggjort i Nano bogstaver , gruppen ledet af prof. Xiaoxi Liu fra Institut for Elektro- og Computerteknik, Shinshu Universitet, Japan og deres samarbejdspartnere demonstrerer i eksperimenter, at skyrmioner effektivt kan indesluttes i kanaler og beskyttes mod at blive ødelagt ved enhedskanter i mere almindeligt anvendte ferromagnetiske systemer. Indeslutningen af ​​skyrmioner i designede kanaler er grundlæggende for enhver praktisk anvendelse baseret på ophobning og transport af skyrmioner. Forfatterne finder, at positionen af ​​skyrmioner i ferromagnetiske materialer kan kontrolleres af konstruerede energibarrierer og brønde.

Derfor, de fremstillede eksperimentelt en magnetisk flerlagsfilm med mange energibarrierer og brønde dannet af mønstre med modificerede magnetiske egenskaber, hvor de finder ud af, at skyrmioner kan tiltrækkes eller frastødes af mønstrenes grænser. Ved at fremstille firkantede og stribede mønstre med modificerede magnetiske egenskaber i en stor ferromagnetisk film, forfatterne viser muligheden for at bygge pålidelige kanaler til indespærring, akkumulering, og potentiel transport af skyrmioner som informationsbærere.

Ud over, denne metode rapporteret i denne forskning giver også mulighed for fremtidig undersøgelse af skyrmioner, der interagerer med en-dimensionelle og to-dimensionelle substrater, som er vigtige dynamiske problemer, der er blevet undersøgt teoretisk i de seneste årtier.

"Vores forskning viste, at en robust topologisk beskyttelse af skyrmioner kan opnås ved en enkel, men effektiv tilgang, som har praktisk anvendelses betydning, " forklarer eksperimentel prof. Xiaoxi Liu fra Shinshu University, der ledede denne undersøgelse.

Senior JSPS-forsker Dr. Xichao Zhang siger, at "forskningsresultaterne tyder på, at vi kan bruge mønstre af modificerede magnetiske egenskaber til at kontrollere skyrmions statiske og dynamiske adfærd." Så tilføjer han, "I vores fremtidige arbejde, vi vil undersøge den strøminducerede dynamik af skyrmioner i designede kanaler, hvilket vil være endnu et vigtigt skridt hen imod skyrmion-baserede spintronic-enheder."