Tutkijat seuraavat antiferromagneettisten skyrmionien vuorovaikutusta

Skyrmionit – pohjimmiltaan magneettiset pyörteet – edustavat lupaavaa lähestymistapaa spintroniikassa; tulevaisuudessa ne voisivat toimia komponentteina tallennusvälineissä tai tietokoneissa ja mahdollisesti täydentää vakiintuneita CMOS-tekniikoita.

Johannes Gutenbergin yliopiston Mainzin (JGU) tutkijat ovat nyt visualisoineet antiferromagneettisten skyrmionien vuorovaikutuksen ensimmäistä kertaa ja osoittaneet, että antiferromagneettiset skyrmionit liikkuvat toistettavasti suoria ratoja pitkin, jotka ovat linjassa ajavan sähkövirran kanssa.

"Tuloksemme luovat kvantitatiivisen kehyksen antiferromagneettisten skyrmionien vuorovaikutuksille. Näin ne tasoittavat tietä spintronisille laitteille, jotka perustuvat suureen määrään skyrmioneja", sanoo professori Mona Bhukta.

Skyrmioneilla on lukuisia etuja: ne ovat erittäin pieniä (nanomitoissa), erittäin stabiileja ja niitä voidaan manipuloida sähkövirroilla. Ne ovat jo mahdollistaneet uraauurtavia uusia konsepteja ferromagneeteissa – esimerkiksi kilparatamuistissa, logiikkaporteissa ja epätavanomaisessa laskennassa.

Niiden käytännön hyödyllisyyttä rajoittaa kuitenkin niin kutsuttu skyrmionien Hall-ilmiö: kun sähkövirtaa käytetään skyrmionien ajamiseen tiettyyn suuntaan, ne eivät seuraa suoraan virran suuntaa, vaan ne poikkeavat sivusuunnassa – jopa 30 astetta.

Muiden tutkimusryhmien teoreettiset tutkimukset olivat ennustelleet, että skyrmion-Hall-ilmiötä ei esiinny antiferromagneettisissa järjestelmissä.

"Olemme osoittaneet, että skyrmionit antiferromagneettisissa järjestelmissä liikkuvat virran suunnan mukaisesti, mikä tarkoittaa, että skyrmion-Hall-ilmiö ei tule mukaan peliin", Bhukta toteaa.

Toisessa kokeessa tutkijat virittivät skyrmion-hilaa uudelleen hyvin lyhyillä virtapulsseilla, mutta pienemmällä virrantiheydellä, ja tallensivat syntyneen liikkeen. Virran katkaisun jälkeen havaittu liike on erityisen paljastava: jotkut liikkuvat skyrmionit ajautuvat kohti naapuriskyrmioneja, jotka pysyvät kiinni paikallisissa materiaalin epähomogeenisuuksissa, virheissä tai raerajoissa; virran katkaisemisen jälkeen liikkuvat skyrmionit vetäytyvät takaisin.

Tämä skyrmionien välinen vuorovaikutuspotentiaali on erityisen merkittävä, kun laitteisiin on integroitava suuria määriä skyrmioneja. Miten nämä magneettiset pyörteet ovat vuorovaikutuksessa keskenään? Ja millä etäisyyksillä ja aikaskaaloilla skyrmionien välinen vuorovaikutus on sitten otettava huomioon?

"Tuloksemme tarjoavat perustan näihin kysymyksiin vastaamiselle ja sellaisten laitteiden toteuttamiselle, jotka sisältävät lukuisia antiferromagneettisia skyrmioneja", Bhukta sanoi.

Aiheesta aiemmin:

Skyrmion voisi vapauttaa supertietokoneiden muistia

Kiraalisia skyrmion-virtoja voidaan käyttää logiikkaan

Kohti energiatehokasta tietotekniikkaa skyrmionien avulla