Skyrmioneja huonelämpötilassa

Kaavio magneettisesta skyrmionista ja sen mahdollisesta sovellusrakenteesta.

Tohoku yliopiston tutkijat ovat ensimmäistä kertaa osoittaneet menestyksekkäästi synteettisten antiferromagneettisten magneettisten skyrmionien muodostumisen ja siirron huonelämpötilassa.

Skyrmionin, topologisesti suojatun solitonin, tiedetään esiintyvän elektronin spinin kautta erilaisissa magneettisissa materiaaleissa. Magneettista skyrmionia voi ohjata pieni virrantiheys ja sillä on mahdollisuus vakautua nanomittakaavaan, mikä tarjoaa uusia mahdollisuuksia spintroniikalle.

Näiden jo tunnettujen havaintojen on odotettu tasoittavan tietä uusiin toiminnallisiin tietojenkäsittely- ja tallennustekniikoihin esimerkiksi raviratamuisteina. Niissä informaatiota edustaa skyrmionin läsnäolo, puuttuminen, lukumäärä tai tila.

Yhtenä kantoja kaskessa on ollut kuitenkin skyrmion Hall -efekti. Se tarkoittaa, että skyrmion ei liiku virran suunnan mukaan, vaan diagonaalisesti siihen nähden, mikä sitten heikentää menetelmän tehokkuutta ja vakautta.

Professori Hideo Ohnon vetämä tutkimusryhmä on nyt kehittänyt magneettisen pinorakenteen, jossa skyrmionia siirretään virran suuntaan välttäen skyrmion Hall -ilmiötä.

Kehitetty rakenne hyödyntää tehokkaasti kolmea spintronista vaikutusta: Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida (RKKY) vuorovaikutusta, Dzyaloshinskii-Moriya (DM) vuorovaikutusta ja spin-orbit (SO) vuorovaikutusta.

Tutkijat osoittivat onnistuneesti Hall-ilmiöstä vapaata skyrmionkuplien liikettä huonelämpötilaisissa synteettisissä antiferromagneettisissa (SyAF) järjestelmissä, joita voidaan ajaa paljon pienemmällä virrantiheydellä kuin ferromagneettisia skyrmionkuplia.

Saavutetut ominaisuudet johtuvat käytetystä pinorakenteesta, jossa RKKY, DMI ja SOT vuorovaikutukset toimivat koordinoidun tehokkaasti.

Tämä on ensimmäinen osoitus skyrmion Hall -effektin välttävän virran tuottamasta liikkeestä ja magneettisen skyrmionin muodostumisesta huonelämpötilassa.

Viime kädessä tämän havainnon odotetaan avaavan tietä uudemmille spintroniikkarakenteille, joissa magneettisissa materiaaleissa syntyvä topologia on hyödynnetty täysimääräisesti.

Aiheesta aiemmin:

Sopivasti kiertyneitä skyrmioneja

Skyrmionit raviradalle