Ученые научились контролировать движение единичных скирмионов при комнатной температуре

Ученые из японского Института физико-химических исследований RIKEN продемонстрировали разработанную ими технологию, позволяющую управлять движением и поведением единичных скирмионов - крошечных магнитных вихрей, которые могут быть использованы в качестве носителей информации в вычислительных устройствах и устройствах хранения данных следующих поколений. Но самым выдающимся в этом достижении является то, что все манипуляции со скирмионами могут проводиться при помощи слабых импульсов тока и при комнатной температуре.

Напомним нашим читателям, что скирмионы - это крошечные квазичастицы, которые могут возникать и перемещаться в среде материалов с особыми магнитными свойствами под воздействием электрического тока. При этом, сила такого тока в несколько раз меньше, чем сила тока, требующаяся для переключения состояния традиционных магнитных доменов, на базе которых функционируют современные жесткие диски и другие магнитные носители информации.

Эта особенность питает надежды ученых, которые работают над устройствами хранения данных, обладающими крайне низким энергопотреблением и чрезвычайно высокой плотностью хранения информации. Помимо этого, скирмионы могут стать основой работы так называемых спинтронных вычислительных устройств, но для этого требуются технологии, позволяющие оперировать отдельными скирмионами очень малых размеров.

В большинстве случаев исследования, связанные со скирмионами, проводятся при чрезвычайно низких температурах и со скирмионами или группами скирмионов относительно больших размеров, порядка одного микрометра и больше. Однако японские исследователи использовали очень хитрый магнитный материал, соединение кобальта, цинка и марганца (Co9Zn9Mn2), который известен как магнитный материал с хиральной кристаллической решеткой.

Используя тонкую пластину из магнитного материала, ученые смогли найти условия, при которых в материале при комнатной температуре возникают крошечные скирмионы, размером в 100 нанометров. Наблюдения за поведением и движением этих квазичастиц проводились при помощи технологии просвечивающей электронной микроскопии Лоренца (Lorentz transmission electron microscopy). А управление осуществлялось кратковременными пиками магнитного поля, создаваемого электрическими импульсами, длительностью в несколько наносекунд.

Исследователи обнаружили, что скирмионы при помощи импульсов тока достаточно легко переводятся из неподвижного статического состояния до движения в потоке, и движутся с относительно высокой скоростью, составляющей 3 метра в секунду.

"Все это является захватывающим достижением, ведь впервые за всю историю науки мы смогли использовать электрический ток для управления отдельными скирмионами при комнатной температуре" - пишут исследователи, - "Теперь наша работа может стать отправной точкой для дальнейших исследований различных топологических вращающихся структур, что, в конце концов, должно привести к разработке практических скирмионных и спинтронных устройств".