Skyrmion voisi vapauttaa supertietokoneiden muistia

Tulevaisuuden tietotekniikalle visioidut magneettiset skyrmionit ovat erittäin stabiileja rakenteita, joita löytyy mikromagneettisista materiaaleista ja joilla on pyörremäinen spin. Koska niitä voidaan liikuttaa minimaalisella sähkövirralla, nämä rakenteet voisivat auttaa kehittämään muistia seuraavan sukupolven laskennan voimanlähteeksi ilman suurta virrankulutusta.

Mutta viime aikoihin asti skyrmionin perusominaisuudet pysyivät tutkijoille mysteerinä.

Tohokun yliopiston tutkijoiden äskettäin julkaistussa artikkelissa tutkijat jakoivat uusia yksityiskohtia ja ominaisuuksia näistä rakenteista.

Kyseessä on äärimmäinen miniatyrisointi, jossa käytetään 2 nanometrin rakenteita, jotka mahdollistavat erittäin tiheän datantallennuksen ja paljon pienemmät elektroniset laitteet”, sanoo professori Kosuke Nakayama.

Aiemmin tutkijat uskoivat, että skyrmioneja voi muodostua vain epäsymmetrisissä kiderakenteissa. Mutta näitä nanomittaisia skyrmioneja löytyy nyt myös keskisymmetrisistä materiaaleista, kuten Eu(Ga,AI)4:stä.

Näiden rakenteiden ja niiden pyörrerakenteen muodostumisen ymmärtämiseksi syntetisoitiin tarkkoja koostumukseltaan kontrolloituja Eu(Ga,AI)4-kiteitä, joita tutkittiin kulmaerotteisella fotoemissiospektroskopialla (ARPES).

Tarkkaillessaan skyrmionin ja isännän välistä keskisymmetristä materiaalia tutkijat havaitsivat tärkeän laukaisimen, joka auttoi skyrmionin muodostumisessa: Lifshitz-siirtymän, joka on äkillinen muutos elektronisissa tiloissa. Kun tämä muutos elektronisissa tiloissa tapahtuu, se tuottaa päällekkäisiä Fermi-pintoja tai sisäkkäisiä Fermi-pintoja.

Tutkijat vastasivat myös lopullisesti kysymykseen siitä, mikä luo skyrmion-pyörteet, kyseenalaistaen aiemmat näistä rakenteista tehdyt teoriat.

Kyseessä on RKKY-vuorovaikutus, joka on lyhenne sanoista Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-vuorovaikutus. Aiemmin oletettiin, että kyseessä on toinen vuorovaikutus, Dzyaloshinskii-Moriya-vuorovaikutus. Johtumiselektronien aikaansaama RKKY-vuorovaikutus selittää sisäkkäiset Fermi-pinnat, hilarakenteen ja skyrmionin pienen koon.

Lifshitz-siirtymän, RKKY-vuorovaikutuksen ja sen ymmärtämisen, miten magneettinen materiaali kykenee kehittämään skyrmionin, on tärkeää nanolaskennan kannalta. "Tämä muutos antaa tiedemiehille mahdollisuuden 'suunnitella' magneettisia ominaisuuksia mielin määrin manipuloimalla elektronisia perustuksia sen sijaan, että turvauduttaisiin kokeiluun ja erehdykseen", Nakayama sanoi.

Tulevaisuutta ajatellen tutkijat etsivät kaikkia erilaisia tapoja hyödyntää skyrmionia nanolaskennassa, elektronisten tilojen manipuloinnista eri kokoisten ja muotoisten skyrmionien luomiseksi materiaalirakenteen hallintaan entistä pienempien rakenteiden luomiseksi.

Aiheesta aiemmin:

Uudentyyppinen magnetismi löydetty 2D-materiaaleista

Kohti energiatehokasta tietotekniikkaa skyrmionien avulla

Kiraalisia skyrmion-virtoja voidaan käyttää logiikkaan