Forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) och Massachusetts Institute of Technology (MIT) har gjort ett genombrott inom framtida magnetiska lagringsenheter. I mars 2016, det internationella teamet undersökte strukturer som kan fungera som magnetskiftregister eller racerbaneminne. Denna typ av lagring lovar låg åtkomsttid, hög informationstäthet, och låg energiförbrukning. Nu, forskargruppen har uppnått den miljarder gånger reproducerbara rörelsen av speciella magnetiska texturer, så kallade skyrmions, mellan olika positioner, en nyckelprocess som behövs i magnetiska skiftregister, och därmed ta ett kritiskt steg mot tillämpningen av skyrmions i enheter. Arbetet publicerades i forskningstidskriften Naturfysik .

Experimenten utfördes i specialdesignade tunnfilmsstrukturer, dvs. vertikalt asymmetriska flerlagersanordningar som uppvisar trasig inversionssymmetri, som stabiliserade speciella snurrstrukturer som kallas skyrmions. Dessa strukturer liknar en hårvirvel, och är relativt svåra att förstöra. Detta ger dem en unik stabilitet, vilket är ett annat argument för tillämpningen av skyrmions i sådana spintronic -enheter.

Skyrmioner kan förskjutas av elektriska strömmar och känna en frånstötande kraft från kanterna på magnetspåret såväl som från enstaka defekter i tråden. Således, de kan röra sig relativt ostört genom spåret. Detta är en viktig egenskap för racerbaneanordningar, som föreslås bestå av statiska läs- och skrivhuvuden, medan de magnetiska bitarna förskjuts i spåret. Dock, skyrmions rör sig inte bara parallellt med den applicerade strömmen, men också vinkelrätt mot den. Detta leder till en vinkel mellan skyrmions rörelseriktning och det nuvarande flödet som kallas skyrmion Hall -vinkeln. Detta har förutsetts teoretiskt. Som ett resultat, skyrmionerna bör röra sig under denna konstanta vinkel tills de avvisas av materialets kant och sedan hålla ett konstant avstånd från det.

Forskare vid JGU och MIT har nu bevisat att den miljardfaldiga reproducerbara förskjutningen av skyrmioner är, verkligen, möjlig, och kan uppnås med höga hastigheter. Vidare, skyrmion Halls vinkel undersöktes i detalj. Förvånande, det visade sig vara beroende av skyrmionernas hastighet, vilket innebär att rörelsens komponenter parallellt och vinkelrätt mot strömflödet inte skalar lika mycket med skyrmionernas hastighet. Detta förutses inte i den konventionella teoretiska beskrivningen av skyrmions. En del av lösningen på detta oväntade beteende kan vara deformationen av skyrmions spinnstruktur, kräver mer teoretisk ansträngning för att fullt ut förstå skyrmions egenskaper.

"Inom mycket konkurrenskraftiga forskningsområden som t.ex. skyrmions, internationellt samarbete med ledande grupper är en strategisk fördel. Inom bara två år efter starten av samarbetet med våra kollegor från MIT, vi har redan publicerat andra gången tillsammans i en högt rankad Natur gruppjournal. MAINZ Graduate School of Excellence underlättar forskarvistelser för doktorander från USA i Mainz och vice versa och bidrar därför väsentligt till internationell utbildning och framgångsrik forskning inom detta område, "sade professor Mathias Kläui vid JGU Institute of Physics, som också är chef för MAINZ.