Стабильные вихри в магнитных материалах были предсказаны более 25 лет назад, но экспериментальная реализация была достигнута только недавно. Открытие таких скирмионов в тонких магнитных пленках и многослойных слоях, уже используемых в сегодняшних технологиях, и возможность перемещать эти скирмионы при очень низких плотностях электрического тока открыло перспективу их использования в качестве битов в новых устройствах хранения данных.
До сих пор отдельные магнитные вихри регистрировались либо с помощью электронной микроскопии, либо по изменению сопротивления в туннельном контакте с магнитным зондом. Используя сканирующий туннельный микроскоп, исследователи из Гамбургского университета теперь смогли продемонстрировать, что сопротивление изменяется также, когда в таких измерениях используется немагнитный металл. «В нашем эксперименте мы можем перемещать металлический наконечник по поверхности с точностью до атомного масштаба, и таким образом мы можем измерять сопротивление в различных точках скирмиона», — говорит Кристиан Ханнекен, аспирант в группе профессора Роланда Визендангера. . Это позволяет доказать локально изменяющееся сопротивление внутри магнитного вихря. «Мы обнаружили изменение сопротивления до 100%, что позволяет использовать простую схему обнаружения скирмионов», — объясняет доктор Кирстен фон Бергманн.В сотрудничестве с физиками-теоретиками из Кильского университета исследователи смогли определить причину изменения сопротивления в магнитном вихре: это происходит из-за перекоса между атомными магнитами от одного атома к другому. Чем больше угол между соседними атомными магнитами, тем сильнее изменяется электрическое сопротивление. «У электронов есть спин, поэтому они взаимодействуют с магнитными структурами», — говорит профессор Стефан Хайнце из Кильского университета.
Когда электроны проходят через магнитный вихрь, они ощущают перекос между атомными магнитами, что приводит к локальному изменению сопротивления материала. «Мы смогли понять этот эффект, выполнив обширное численное компьютерное моделирование электронных свойств и разработав простую модель этого эффекта», — объясняет аспирант Фабиан Отте.В будущих приложениях этот недавно открытый эффект может быть использован для простого считывания скирмионных битов.
Возможность использования любых металлических электродов значительно упрощает изготовление и эксплуатацию таких новых запоминающих устройств.