Ett internationellt team av forskare har upptäckt magnetiska vortex-antivirvelpar som härrör från korrelerade elektronsnurr i ett nykonstruerat treskiktsmaterial. Upptäckten kan främja minnesceller och pekar på den potentiella utvecklingen av 3-D magnetiska logiska kretsar.
Forskarna från Nanomaterials and Nanotechnology Research Center vid University of Oviedo i Spanien, och universitetet i Porto i Portugal, rapporterade sina fynd denna vecka i Bokstäver i tillämpad fysik . Samarbetet inkluderade också en forskargrupp vid Alba Synchrotron i Katalonien, Spanien.
Teamets arbete är en del av ett relativt nytt forskningsfält som kallas topologisk spintronik. Spintronics utnyttjar elektronernas inneboende spinn och deras resulterande magnetiska egenskaper i material, såväl som elektronernas elektriska laddning, att lagra och bearbeta information.
Topologisk spintronik använder roterande geometriska "defekter" i den totala laddningsbärande topologin hos ett material för att kontrollera magnetiskt beteende. Mikroskopiska fysiska defekter, som stretching, böja och vrida, kan vara drivande fenomen som forskare vill använda.
Defekterna som laget studerar i sina treskikt är bifurkationer, som skapas mitt i det randiga domänmönstret. Tänk på en delad väg inom en rad raka vägar. Dessa bifurkationer gör att virvel-antivirvelpar rör sig tillsammans längs de "magnetiska vägarna" antingen i en orientering eller motsatt, beroende på deras polaritet. Gaffelns botten begränsar och styr utbredningen av virvlarna.
Effekten observerades i magnetiska treskikt där ett hårt magnetiskt lager, svårt att avmagnetisera, var inklämd mellan två mjukare magnetiska lager, med en total tjocklek på 160 nanometer.
"Virvel-antivirvelrörelsen kräver samspelet mellan de hårda och mjuka magnetiska lagren såväl som ströfälten i hela det magnetiska treskiktet, sa Maria Vélez, medförfattare till uppsatsen och docent i kondenserad materiens fysik vid University of Oviedo.
Hennes teams forskning öppnar för nya möjligheter inom det begynnande området 3-D nanomagnetik, som har utvecklats genom nya upptäckter av nya magnetiska effekter på atomnivå, såväl som framsteg i karaktäriseringsmetoder som i den röntgenmagnetiska mikroskopiteknik som används av gruppen.
Forskarna fann att virvel-antivirvelparen i de mjuka magnetiska lagren uppvisade en korrelerad rörelse som sträcker sig flera mikrometer längs magnetremsorna under magnetiseringsomkastning. Dessa långa resvägseffekter kan öka effektiviteten vid styrning av magnetiska minnes- och logiska enheter. Fynden baseras på röntgenmikroskopi och mikromagnetiska beräkningar.
"Vortex-antivortex-utbredning styrs av materialets magnetiska remsdomänmönster, inte av en litografidefinierad trådgeometri. Detta innebär att rörelseriktningen kan ändras när som helst genom en korrekt sekvens av applicerade magnetfält. Detta är en klar fördel jämfört med fasta geometrier som de litografiskt definierade strömförande ledningarna i konventionella elektroniska enheter, " sa Vélez. Det är som om de ledande banorna för virvelrörelser i de magnetiska treskikten kan kopplas om dynamiskt.
"Dessutom, användningen av en magnetisk potential för att begränsa vortex-antivirvelrörelse är avgörande för att erhålla långa utbredningsavstånd på flera mikrometer, undvika förintelse vid trådkanter, " sa Vélez också.
Utbredningen är begränsad vid antingen toppen eller botten av filmytorna beroende på de topologiska egenskaperna hos randmönsterdislokationen. Denna effekt skulle kunna tillåta kopplingen av magnetiska kretsar över provtjockleken i flernivåenheter med en högre grad av rumslig integration än i nuvarande 2-D magnetiska kretsar.
