Yhtenäinen teoria skyrmion-aineille

Tietynlaiset magneettiset pyörteet eli skyrmionit voisivat tulevaisuudessa tallentaa ja käsitellä informaatiota hyvin tehokkaasti. Ne voivat olla myös perustana korkean taajuuden komponenteille.

Kansainvälinen ryhmä fyysikoita on onnistunut kuvaamaan eristeiden, puolijohtavien ja johtavien skyrmion-materiaalien sähkömagneettisia ominaisuuksia ja kehittämään yhtenäisen teoreettisen kuvauksen niiden käyttäytymisestä.

Reilut kuusi vuotta sitten Technische Universität Münchenin fyysikot löysivät erittäin vakaita magneettisien pyörteiden rakenteita piin ja mangaanin metalliseoksesta. Sittemmin aihetta on tutkittu yhdessä Kölnin yliopiston teoreettisten fyysikoiden kanssa.

Koska ne ovat mikroskooppisia ja helppoja siirtää, tietokoneen komponentit saattavat tulla toimeen 10 000 kertaa vähemmällä sähkön käytöllä kuin nykyään tallennettaessa paljon suurempia datamääriä. Lisäksi nämä pyörteet reagoivat helposti vuorotteleviin kenttiin, joten tietoa voidaan käsitellä suurilla nopeuksilla.

Uusimmat tutkimustulokset, joiden tuottamiseen osallistuivat myös EPFL:n tutkijat, osoittivat että skyrmionien ainutlaatuisia sähkömagneettisia ominaisuuksia voitaisiin hyödyntää myös rakennettaessa tehokkaita ja hyvin pieniä mikroaaltojen vastaanottimia ja lähettimiä.

Skyrmionit ovat kiraalisissa magneeteissa esiintyviä topologisia spin-solitoneja. Niiden nanomittaiset tekstuurit lupailevat uusia toimintoja ja sovelluksia, kuten tiheät magneettiset bitit yhdistettynä logiikan toimintoihin, nanomittakaavan oskillaattorit sekä erilaiset mikroaaltojen komponentit ja magnoniset sovellukset.

Magneettiset spin-aallot eli magnonit ovat 10000 kertaa lyhyempiä kuin mikroaaltojen aallonpituudet. Näin magneettisista nanomateriaaleista kuten skyrmion-aineista voitaisiin mikroelektroniikan alalla kehittää paljon kompaktimpia tai jopa kokonaan uusia laitteita, toteavat tutkijat.