De elektroniska enheter vi använder dagligen drivs av elektriska strömmar. Detta är fallet med våra vardagsrumslampor, tvättmaskiner och tv-apparater, för att bara nämna några exempel. Databehandling i datorer är också beroende av information som tillhandahålls av små laddningsbärare som kallas elektroner.
Området spintronics använder sig dock av ett annat koncept. Istället för laddningen av elektroner går det spintroniska tillvägagångssättet ut på att utnyttja deras magnetiska moment, med andra ord deras spinn, för att lagra och bearbeta information – i syfte att göra framtidens datorer mer kompakta, snabba och hållbara.
Ett sätt att bearbeta information baserat på detta tillvägagångssätt är att använda de magnetiska virvlar som kallas skyrmioner eller, alternativt, deras fortfarande lite förstådda och sällsynta kusiner som kallas "meroner". Båda är kollektiva topologiska strukturer bildade av många individuella snurr. Meroner har hittills endast observerats i naturliga antiferromagneter, där de är svåra att både analysera och manipulera.
I samarbete med team vid Tohoku University i Japan och ALBA Synchrotron Light Facility i Spanien har forskare vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) varit de första att demonstrera närvaron av meroner i syntetiska antiferromagneter och därmed i material som kan tillverkas med hjälp av standard deponeringstekniker. Resultaten av den aktuella forskningen har publicerats i Nature Communications .
"Vi kunde skapa en ny livsmiljö för en ny och mycket "skygg" art, säger Dr Robert Frömter, fysiker vid JGU. Forskningsresultatet går ut på att designa syntetiska antiferromagneter på ett sådant sätt att meroner bildas i dem samt detektering av själva meronerna.
För att sätta ihop motsvarande material gjorda av flera lager, genomförde forskarna omfattande simuleringar och genomförde analytiska beräkningar av spinnstrukturer i samarbete med en teorigrupp vid JGU. Målet var att bestämma den optimala tjockleken för varje lager och det lämpliga materialet för att underlätta värdskapet för meroner och att förstå kriterierna för deras stabilitet.
Tillsammans med teoretiskt arbete fortsatte teamet med experiment för att ta itu med dessa utmaningar. "Med hjälp av magnetisk kraftmikroskopi i samband med den mindre välkända svepelektronmikroskopin med polarisationsanalys, identifierade vi framgångsrikt meroner i våra syntetiska antiferromagneter", förklarade Mona Bhukta, doktorand vid JGU:s Fysiska institut. "Vi har därmed lyckats ta ett steg framåt mot en potentiell tillämpning av meroner."
Mer information: Mona Bhukta et al, Homochirala antiferromagnetiska meroner, antimeroner och bimeroner realiserade i syntetiska antiferromagneter, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45375-z
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Johannes Gutenberg University Mainz
