Figur 1:Grafisk representation av magnetiska skyrmioner. Medan ferromagneter har sina snurr (magnetiska moment, representerade som pilar) jämnt inriktade på ett parallellt sätt, magnetiska skyrmioner bildas av snurr arrangerade i en virvelform.
Vi når gränserna för kiselkapacitet när det gäller datalagringstäthet och hastighet för minnesenheter. En av de potentiella nästa generations datalagringselement är den magnetiska skyrmion. Ett team på Center for Correlated Electron Systems, inom Institutet för grundvetenskap (IBS, Sydkorea), i samarbete med University of Science and Technology of China, har rapporterat upptäckten av små och ferroelektriskt avstämbara skyrmioner. Publicerad i Naturmaterial , detta arbete introducerar nya övertygande fördelar som tar skyrmionforskningen ett steg närmare tillämpning.
Det är tänkt att lagring av minne på skyrmioner - stabila magnetiska störningar av virvlande snurr (magnetiska moment) - skulle vara snabbare att läsa och skriva, förbrukar mindre energi, och genererar mindre värme än de för närvarande använda magnetiska tunnelkorsningarna. I framtida minnes- och logikenheter, 1 och 0 bitar skulle motsvara förekomsten och icke-existensen av en magnetisk skyrmion, respektive. Även om många skyrmionsystem har upptäckts i laboratorier, det är fortfarande mycket utmanande att producera kontrollerbara, nanometerstora skyrmioner för våra teknikbehov.
I den här studien, forskarna upptäckte att skyrmioner med en diameter mindre än 100 nanometer spontant bildas i ultratunt material, bestående av ett skikt av bariumtitanat (BaTiO 3 ) och ett lager av strontiumrutenat (SrRuO 3 ). Under 160 Kelvin (-113 Celsius), SrRuO 3 är ferromagnetisk, vilket betyder att dess snurr är jämnt inriktade på ett parallellt sätt. När de två lagren är överlagrade, dock, en speciell magnetisk interaktion virvlar SrRuO 3 s snurrar, genererar magnetiska skyrmioner. Sådan märklig magnetisk struktur detekterades under 80 Kelvin (-193 Celsius) genom att använda magnetisk kraftmikroskopi och Hall-mätningar.
Figur 2:Kontrollera skyrmions täthet med elektriska fält. Denna studie mätte skyrmioner i ett ultratunt material tillverkat av ett ferromagnetiskt lager av strontiumrutenat (SrRuO3), täckt med ett ferroelektriskt skikt av bariumtitanat (BaTiO3) och odlat på ett strontiumtitanat (SrTiO3)-substrat. BaTiO3 är ferroelektrisk, vilket betyder att den har en omkopplingsbar och permanent elektrisk polarisation (), medan SrRuO3 är ferromagnetisk under 160 Kelvin (-113 Celsius). Vid BaTiO3/SrRuO3-gränssnittet, BaTiO3 ferroelektriska polarisation virvlar runt spinnen i SrRuO3, genererar skyrmioner. Om forskarna vänder på polarisationsriktningen i BaTiO3, skyrmionernas täthet ändras. Kredit:Institutet för grundvetenskap
Dessutom, genom att manipulera den ferroelektriska polariseringen av BaTiO 3 lager, teamet kunde ändra skyrmionernas densitet och termodynamiska stabilitet. Moduleringen är icke-flyktig (den kvarstår när strömmen stängs av), reversibel, och nanoskala.
"Magnetiska skyrmioner och ferroelektricitet är två viktiga forskningsämnen inom den kondenserade materiens fysik. De studeras vanligtvis separat, men vi förde dem samman, " förklarar Lingfei Wang, första författare till studien. "Denna korrelation ger en idealisk möjlighet att integrera den höga avstämningsförmågan hos väletablerade ferroelektriska enheter med de överlägsna fördelarna med skyrmioner i nästa generations minnes- och logikenheter."
Figur 3:Exempel på skyrmioner med låg och hög densitet. Magnetisk kraftmikroskopibilder med färger proportionella mot det lokala magnetfältet. Kreditera: Naturmaterial
