Разочарованные магниты указывают на новую память

Область скирмионики быстро развивалась за последние несколько лет. Очень маленькие (около 10 нанометров) магнитные вихри могут предоставить новый способ создания памяти и логических устройств с очень низким потреблением энергии. «Фактически, компьютерная система памяти, основанная на магнитных пузырьках, которые в основном представляют собой очень большие скирмионы, была изобретена в 1967 году в Bell Labs», — объясняет Максим Мостовой, доцент теоретической физики в Университете Гронингена. Эта пузырьковая память была быстро вытеснена в 1980-х годах гораздо меньшей памятью на основе кремния и теперь используется только для нишевых приложений — она ​​очень надежна, не имеет движущихся частей и может работать в суровых условиях.

Разочарованный магнитПока что скирмионы производятся только из специальных материалов, называемых хиральными магнитами. Структура решетки этих магнитов хиральная, что означает, что кристаллическая решетка не обладает такими же свойствами, как ее зеркальное отображение. «Чтобы продвинуться в этой области, нужны новые классы материалов», — говорит Мостовой. Со своим пост-доктором Андреем Леоновым (в настоящее время работающим в Техническом университете Дрездена) он обнаружил, что магнитное расстройство может производить скирмионы.

В нормальном магните магнитные моменты выровнены. В фрустрированном магните взаимодействия, благоприятствующие параллельным магнитным моментам, конкурируют с взаимодействиями, благоприятствующими антипараллельным магнитным моментам. Мостовой: «Это означает, что магнитные моменты в кристаллах недовольны — они вынуждены скручиваться в магнитные спирали».

Приложенное магнитное поле превращает спираль в магнитный кристалл, состоящий из скирмионов.Энергоэффективный«Более того, мы обнаружили, что скирмионы в фрустрированных магнитах обладают более интересными физическими свойствами, чем скирмионы в хиральных магнитах», — говорит Мостовой. «Например, магнитные моменты внутри« фрустрированных »скирмионов могут вращаться, тогда как в киральных магнитах они жесткие». Вращение связано с электрическим дипольным моментом скирмиона, который может использоваться для хранения дополнительной информации.

В хиральных магнитах информация кодируется в позициях скирмионов: 1, если скирмион присутствует, и 0, если он отсутствует. В фрустрированных магнитах 1/0 может соответствовать направлениям электрического дипольного момента вверх / вниз. Этот последний тип хранения более энергоэффективен.

Кроме того, в то время как скирмионы в хиральных магнитах могут перемещаться через материал с помощью электрического тока, в фрустрированных магнитах они могут перемещаться с помощью электрического поля. «Это не требует тока, что означает меньшее потребление энергии и меньшее производство тепла для потенциальных приложений».Открытие скирмионов в фрустрированных магнитах до сих пор основывается на теории.

Существование и свойства новых скирмионов описаны Леоновым и Мостовым с помощью модельных исследований. «Мы надеемся, что физики-экспериментаторы скоро подтвердят наши выводы». Задача будет заключаться в том, чтобы найти материал, который показывает скирмионы при комнатной температуре, что требуется для практического применения. Это уже было достигнуто для хиральных магнитов, и Мостовой надеется, что это может повториться в фрустрированных магнитах. «Это очень интересный класс материалов; в нашей статье мы также предсказываем некоторые другие интересные топологические состояния в этих фрустрированных магнитах ».


Портал обо всем