WIIKI.RU: Впервые удалось установить контроль над скирмионами

Физика - это область естествознания, наука. Она изучает самые общие и фундаментальные закономерности, которые определяют структуру и эволюцию материальн... читать далее »

Новости по Физике

13.08.2013 16:14

Впервые удалось установить контроль над скирмионами. Физика.

Группа исследователей из Гамбургского университета (Германия) во главе с Кирстен фон Бергман (Kirsten von Bergmann) показала возможность создания и аннигиляции одиночных магнитных скирмионов с использованием поляризованного по спину тока от иглы сканирующего туннельного микроскопа.

Увы, осуществить управление скирмионами пока получилось лишь при 4,2 К, но это всё равно выдающийся результат! Ведь впервые удалось реализовать переключение состояний «скирмион есть» — «скирмиона нет» на практике, что может означать появление потенциальной возможности по построению электроники на скирмионной базе.

Скирмионы, созданные авторами работы, состояли из 300 атомов, что делает их в 20 раз меньше устойчивых доменов винчестеров современности. Впрочем, те же скирмионы могут быть на порядок меньше. (Здесь и ниже иллюстрации Wiesendanger Group / University of Hamburg.)

Скирмионами называют крохотные магнитные вихри, возникающие во многих материалах, включая марганецсилицидные тонкие плёнки, кобальто-железо-кремниевые материалы и даже двухслойные сэндвичи из палладия и железа. Их можно представить себе как двумерные узлы, в которых магнитный момент вращается в плоскости на 360°.

Долгое время их рассматривали как потенциальную элементную базу для технологий хранения информации. Сегодня жёсткие диски используют магнитные домены, в которых все спины выровнены в одном направлении, но размеры таких доменов ограничены снизу (без паразитных эффектов — не менее нескольких тысяч атомов), а вот скирмионы вполне могут быть куда меньше доменов (до десятков атомов), что теоретически позволяет реализовать на их основе намного более плотное — примерно в 20 раз — хранение информации.

Важно и то, что сейчас для перезаписи нуля на единицу в винчестерах надо поменять направление всех магнитных спинов домена; это требует немалого времени и энергозатрат. Скирмион может сменить своё состояние с обращением лишь части спинов, да и конечное (после переключения) состояние спинов у скирмионов устойчивее и не так уязвимо, как в сегодняшних НЖМД.

Сложностью оставалось то, что, хотя теоретики описали скирмионы довольно давно, практические способы их контроля оказались значительно более сложной задачей, до сих пор не дававшейся учёным.

«Чтобы записать или удалить скирмион, мы располагаем иглу нашего сканирующего туннельного микроскопа над определённым участком образца и подаём на неё туннельный ток, поляризованный по спину, — поясняет г-жа фон Бергман. — При низких токах и напряжении намагничивание образца устойчиво, а вот при высоком вольтаже магнитное состояние начинает переключаться между скирмионом и простым параллельным выстраиванием магнитных моментов. В этой ситуации направление тока может определить, какое из состояний более вероятно, — а это прямое указание на то, что в процесс переключения вовлечена передача вращающегося момента по спину».

Хотя уже на достигнутом технологическом уровне создание записывающего устройства вполне возможно, авторы надеются дополнительно отшлифовать технологию, работая сейчас над улучшением понимания механизма переключения и тем, как именно поляризованный по спину ток взаимодействует с намагничиванием. Отмечается и то, что пока метод в начале своего эволюционного пути: контроль удалось реализовать лишь в 60% случаев, что для эффективной одношаговой записи слишком мало. Наконец, будем надеяться, что такие исследования помогут разработчикам уйти от температур жидкого гелия в сторону более практичных решений.

Источник