Революция в технологиях спинтроники может быть далеко впереди

Десять лет назад открытие квазичастиц, называемых магнитными скирмионами, дало важные новые сведения о том, как микроскопические спиновые текстуры позволят спинтронике, новому классу электроники, в котором для кодирования данных используется ориентация спина электрона, а не его заряда.


Но хотя ученые добились больших успехов в этой очень молодой области, они до сих пор не до конца понимают, как создавать материалы спинтроники, которые позволили бы создавать сверхмалые, сверхбыстрые устройства с низким энергопотреблением. Скирмионы могут показаться многообещающими, но ученые долгое время считали скирмионы просто двумерными объектами. Однако недавние исследования показали, что двумерные скирмионы на самом деле могут быть источником трехмерного паттерна вращения, называемого хопфионами. Но никому не удалось экспериментально доказать существование магнитных хопфионов в наномасштабе.

Теперь группа исследователей, возглавляемая лабораторией Беркли, сообщила в Nature Communications первая демонстрация и наблюдение трехмерных хопфионов, выходящих из скирмионов в наномасштабе (миллиардные доли метра) в магнитной системе. Исследователи говорят, что их открытие знаменует собой важный шаг вперед в создании высокоплотных, высокоскоростных, маломощных, но сверхустойчивых устройств магнитной памяти, которые используют внутреннюю силу электронного спина.

«Мы не только доказали, что существуют сложные спиновые текстуры, такие как трехмерные хопфионы, – мы также продемонстрировали, как их изучать и, следовательно, использовать», – сказал соавтор исследования Питер Фишер, старший научный сотрудник Отделения материаловедения лаборатории Беркли, который также является адъюнкт-профессором. по физике в Калифорнийском университете в Санта-Крус. «Чтобы понять, как на самом деле работают хопфионы, мы должны знать, как их производить и изучать. Эта работа стала возможной только благодаря тому, что у нас есть эти удивительные инструменты в лаборатории Беркли и благодаря нашему сотрудничеству с учеными всего мира», – сказал он.

Согласно предыдущим исследованиям, хопфионы, в отличие от скирмионов, не дрейфуют при перемещении по устройству и поэтому являются отличными кандидатами для технологий передачи данных. Кроме того, сотрудники теории в Великобритании предсказали, что хопфионы могут возникать из многослойной двумерной магнитной системы.

По словам Фишера, текущее исследование – первое, в котором проверяются эти теории.

Используя инструменты нанопроизводства в Молекулярной литейной лаборатории Беркли, доктор Ноа Кент, доктор философии. Студент факультета физики Калифорнийского университета в Санта-Крус и группы Фишера в лаборатории Беркли работал с сотрудниками Molecular Foundry, чтобы вырезать магнитные наностолбики из слоев иридия, кобальта и платины.

Многослойные материалы были подготовлены докторантом Калифорнийского университета в Беркли Нилом Рейнольдсом под руководством соавтора Фрэнсис Хеллман, которая является старшим научным сотрудником Отделения материаловедения лаборатории Беркли и профессором физики, материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Беркли. Она также возглавляет программу Министерства энергетики по неравновесным магнитным материалам (NEMM), которая поддержала это исследование.

Хопфионы и скирмионы, как известно, сосуществуют в магнитных материалах, но у них есть характерная спиновая картина в трех измерениях. Итак, чтобы отличить их друг от друга, исследователи использовали комбинацию двух передовых методов магнитной рентгеновской микроскопии – X-PEEM (рентгеновская фотоэмиссионная электронная микроскопия) в пользовательском объекте синхротрона лаборатории Беркли, Advanced Light Source; и магнитно-мягкая рентгеновская просвечивающая микроскопия (MTXM) в ALBA, установке синхротронного света в Барселоне, Испания, для получения изображений различных спиновых паттернов хопфионов и скирмионов.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments