RW Space

Впервые мы получили трехмерное изображение магнитного скирмиона. Этот крошечный спиральный дефект в магнитных свойствах некоторых материалов может найти применение в электронных запоминающих устройствах следующего поколения и квантовых компьютерах.

Новое исследование под руководством физика Дэвида Рафтри из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Калифорнии, дает нам лучшее понимание основ магнитных материалов. Учитывая, насколько широко они используются, существует множество потенциальных приложений.

«Наличие скирмионов или других магнитных текстур на микроскопическом уровне фундаментально определяет свойства, поведение и функциональность магнитных материалов», — пишет команда в своей опубликованной статье.

На наноуровне в некоторых магнитных материалах скирмионы можно обнаружить в виде стабильных стоячих волн, состоящих из вихрей. контрастных электронных спинов. Эти вихри можно заставить двигаться определенным образом с помощью электрического заряда или магнитного поля.

Рафтри и его коллеги использовали передовую технику, называемую магнитно-рентгеновской ламинографией – процесс, аналогичный медицинской компьютерной томографии для более простых материалов. По мере перемещения и вращения объекта снимаются новые показания, создавая трехмерное изображение.

В данном случае объект представлял собой очень маленький магнитный диск, содержащий скирмионы, всего 800 нанометров в поперечнике и 95 нанометров толщиной. Сложите их тысячу друг на друга, и вы получите толщину стандартного листа бумаги.

Это был не быстрый процесс – в целом он занял месяцы – но исследователи в конечном итоге достигли лучшего понимания спиновых структур скирмионов, которые они искали, благодаря использованию некоторых сложных алгоритмов для объединения X- лучевые изображения.

«Вы можете в основном переконфигурировать и реконструировать [скирмион] из этих многих, многих изображений и данные», — объясняет Рафтри.

Теперь, когда эти структуры впервые были отображены в 3D, мы знать, как они имеют форму, как они взаимодействуют и как они изменяются слой за слоем – большое улучшение по сравнению с 2D-изображениями, которые мы использовали ранее.

Что физикам нравится в скирмионах, так это то, что они очень стабильны, очень быстры и их очень трудно разбить. Это говорит о том, что они могут быть полезны для хранения единиц и нулей основных данных более компактным и эффективным способом, чем традиционные подходы.

Это область науки, известная как спинтроника, использующая спины электронов вместо электронов в качестве основы вычислительных систем. Как показали предыдущие исследования, это будет означать значительный скачок вперед в размерах и миниатюризации компьютеров.

«Опираясь на заряд электрона, как это происходит сегодня, сопровождается неизбежными потерями энергии. При использовании спинов потери будут значительно ниже», — говорит ученый-материаловед Питер Фишер из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли.

«Наши результаты обеспечивают основу для нанометрологии для устройств спинтроники.»

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.