Magneter och magnetiska fenomen ligger till grund för den stora majoriteten av modern datalagring, och mätskalorna för forskning som fokuserar på magnetiska beteenden fortsätter att krympa med resten av digital teknik. Skyrmions, till exempel, är ett slags nanomagnet, bestående av en spinnkorrelerad ensemble av elektroner som fungerar som en topologisk magnet på vissa mikroskopiska ytor. De exakta egenskaperna, som spinnorientering, av sådana nanomagneter kan lagra information. Men hur kan du gå tillväga för att flytta eller manipulera dessa nanomagneter när du vill för att lagra den data du vill ha?
Ny forskning från en tysk-U.S. samarbete visar nu en sådan läs-/skrivförmåga med hjälp av skurar av elektroner, kodning av topologiska energistrukturer tillräckligt robust för potentiella datalagringsapplikationer. Som gruppen rapporterar den här veckan Tillämpad fysikbokstäver , magnetiseringen av dessa ensemble -excitationer, eller kvasipartiklar, styrs genom att skräddarsy profilen för elektronpulserna, varierar antingen det totala antalet elektroner eller deras bredd i rymden.
"Arbetet visar hur magnetisering av nanoskala magneter kan styras av intensiva ultrakorte elektronpulser, sa Alexander Schäffer, doktorand vid Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg i Halle, Tyskland, och huvudförfattare till tidningen. "Experiment på SLAC visade redan den ultimata hastighetsgränsen för magnetisk omkoppling med detta schema. Här visar vi att skräddarsydda elektronpulser snabbt kan skriva, radera eller byta topologiskt skyddade magnetiska strukturer som skyrmions. "
Än så länge, Schäffer säger att det bara finns några få tillämpningar av dessa skyrmions, som är relativt nya i spetsen för solid state -fysik, men deras egenskaper och den nuvarande forskningskapaciteten gör dem mogna för nästa generations teknik.
"I traditionen inom området spinndynamik i nanostrukturer, Jag uppskattar fortfarande tanken på icke-flyktiga (långsiktiga) minnesenheter, som gemenskapen inom spintronics också driver, "sa han." Det fina samspelet mellan det matematiska begreppet topologiska energibarriärer och skyrmions fysiska transportegenskaper, som är mycket mobila, är de enastående aspekterna för mig. "
Dessa magnetiska excitationer kan inte bara kontrolleras, men teamets resultat bekräftar många av de dynamiska förståelser som teorin ger. Dessutom, deras resultat visar potential för att uppnå liknande topologisk laddningstranskription med hjälp av laserpulser, vars lägre och massfria energi erbjuder ett antal praktiska fördelar.
"Dessa kvasipartiklar är robusta mot yttre störningar, och är därför vanligtvis svåra att manipulera, och har en hög potential för applikationer inom datalagring och databehandling, "Sa Schäffer." Jag blev positivt överraskad över den fina överensstämmelsen mellan experiment, analys och numeriska resultat, vilket gav mig en bra känsla av att fortsätta denna väg. En andra punkt var upptäckten att texturer kan skrivas med mycket lägre strålintensitet med tätt fokuserade elektronpulser. Detta ger deras tekniska utnyttjande inom räckhåll, eftersom den erforderliga högenergi ultrasnabba elektronmikroskopi-installationen för närvarande utvecklas på SLAC och andra platser över hela världen. "
Detta viktiga steg lämpar sig för många fler i utvecklingen från denna generations spetsforskning till nästa generations hårddiskar. När de fortsätter att bygga vidare på sin forskning, Schäffer och hans medarbetare ser på en bredare tillämpbarhet på flera sätt.
"Ytterligare utveckling av inställningarna krävs för att kunna skriva skyrmioniska strukturer på utökade filmer, där vi inte kan tjäna på geometriska inneslutningar som i nanodiskarna, "Sa Schäffer." Nästa steg är manuellt. Självklart, en experimentell insikt är vad vi strävar efter med våra experimentella kollegor, särskilt frågan om hur bra kopplingsbeteendet mellan olika topologiska tillstånd kan täckas av våra beräkningar. En komplett simulering av laserbestrålat TEM för magnetiska prover är ett av våra stora mål för tillfället. "
