Skyrmionien muodostumismekanismista magneettien sisällä

Skyrmionit, joissa magneetin sisällä olevat elektronispinit ovat järjestäytyneet pyörteiden kaltaisiksi, ovat avainrakenne seuraavan sukupolven spintroniikan tekniikoissa.

KAIST:n tutkijat ovat osoittaneet, että skyrmionit voivat muodostua käyttämällä vain magneettien sisällä olevia perusfysikaalisia vuorovaikutuksia ilman erityisiä fyysisiä olosuhteita.

Tämä havainto laajentaa skyrmionien toteuttamisen mahdollisuuksia monenlaisissa magneettisissa materiaaleissa ja viittaa uusiin mahdollisuuksiin kehittää seuraavan sukupolven erittäin vähän virtaa kuluttavia tietotekniikkalaitteita, joiden tiedontallennustiheydet ovat kymmeniä tai satoja kertoja suurempia kuin nykyisillä teknologioilla.

KAISTin fysiikan laitoksen professori Se Kwon Kimin johtama tutkimusryhmä on ehdottanut uutta teoreettista viitekehystä, joka osoittaa, että pyörremäisiä magneettisia rakenteita voi syntyä luonnollisesti yksinomaan magnetoelastisen kytkennän – magnetismin ja hilarakenteen välisen vuorovaikutuksen – kautta.

Tiimi osoitti, että pelkästään spinien (elektronien luontainen magneettinen ominaisuus) ja hilamuodonmuutoksen (atomien järjestelyjen pieni vääristymä) välinen vuorovaikutus voi johtaa pyörremäisten magneettisten rakenteiden spontaaniin muodostumiseen.

Tähän asti tällaisten rakenteiden muodostumisen uskottiin vaativan tiettyjä fysikaalisia olosuhteita, kuten kiteen epäsymmetriaa tai voimakasta spin-kiertorata-kytkentää.

Tutkijat osoittivat nyt teoreettisesti, että jopa ilman tällaisia erityisolosuhteita magnetoelastinen kytkentä, jota luonnostaan esiintyy useimmissa magneettisissa materiaaleissa, riittää luomaan rakenteen, jossa skyrmionit ja antiskyrmionit ovat vuorotellen järjestettyinä.

Professori Se Kwon Kim selitti: ”Tämä tutkimus osoittaa, että skyrmionin kaltaisia magneettisia rakenteita voi muodostua jopa ilman erityisiä tai eksoottisia vuorovaikutuksia. Se on erityisen merkittävä, koska se viittaa mahdollisuuteen toteuttaa tällaisia rakenteita kaksiulotteisissa magneettisissa materiaaleissa, joissa tutkimus on tällä hetkellä erittäin aktiivista.”

Tätä tutkimusta johti Gyungchoon Go, joka osallistui tutkimuksen ensimmäisenä kirjoittajana. Tutkimus julkaistiin Physical Review Letters -lehdessä, ja sen merkitys fysiikan alalla tunnustetaan.

Aiheesta aiemmin:

Uudentyyppinen magnetismi löydetty 2D-materiaaleista

Kohti energiatehokasta tietotekniikkaa skyrmionien avulla