En simuleringsstudie av forskare från RIKEN Center for Emergent Matter Science har visat möjligheten att använda lasrar för att skapa och manipulera magnetiska virvlar i nanoskala. Möjligheten att skapa och kontrollera dessa "skyrmions" kan leda till utvecklingen av skyrmionbaserade informationslagringsenheter.

Informationen vi konsumerar och arbetar med kodas i binär form (som "1:or eller "0:or) genom att växla minnesmedias egenskaper mellan två tillstånd. När vi närmar oss prestanda och kapacitetsgränser för konventionella minnesmedia, forskare ser mot exotisk fysik för att utveckla nästa generation av magnetiska minnen.

Ett sådant exotiskt fenomen är skyrmion - en stabil, nanoskala whirlpoolliknande magnetfunktion som kännetecknas av ett ständigt roterande magnetmoment. Teoretiskt sett, närvaron eller frånvaron av en skyrmion på vilken plats som helst i ett magnetiskt medium skulle kunna användas för att representera de binära tillstånden som behövs för informationslagring. Dock, Forskare har funnit det utmanande att på ett tillförlitligt sätt skapa och förinta skyrmioner experimentellt på grund av svårigheten att undersöka mekaniken i dessa processer i någon detalj. Utmaningen ligger i den otroligt korta tidsskalan för dessa processer, som på bara en tiondel av en nanosekund är upp till miljarder gånger kortare än den tidsperiod som kan observeras under Lorentz -mikroskopet som används för att mäta magnetiska egenskaper.

Studieförfattarna, Wataru Koshibae och Naoto Nagaosa, sökte en lösning på detta problem genom att konstruera en beräkningsmodell som simulerar uppvärmning av ett ferromagnetiskt material med exakta lasrar (fig. 1). Denna lokaliserade uppvärmning skapar både skyrmioner och "antiskyrmioner". Simuleringarna, baserat på känd fysik för dessa system, visade att egenskaperna hos skyrmioner är starkt beroende av laserns intensitet och fläckstorlek. Ytterligare, genom att manipulera dessa två parametrar, det är möjligt att styra skyrmions egenskaper som skapelsestid och storlek.

"Värme leder till slumpmässig rörelse av magnetiska snurr, "förklarar Nagaosa." Vi fann det därför förvånande att lokal uppvärmning skapade ett topologiskt icke -lokalt beställt objekt, än mindre sammansatta strukturer av skyrmioner och antiskyrmioner" Frågan om kontroll är vad som skiljer dessa strukturer åt.

Nagaosa anser att eftersom skyrmions är ganska stabila, dessa nanoskala -funktioner skulle kunna tänkas användas som en informationsbärare om ett tillförlitligt sätt att skapa dem efter behag kan uppnås. Koshibae och Nagaosas arbete skulle därför kunna ligga till grund för utvecklingen av toppmoderna minnesenheter. Arbetet ger också värdefull information om skapandet av topologiska partiklar, vilket är avgörande för att föra fram kunskap inom många andra fysikområden.