Små spiraler av magnetism som kallas skyrmioner skulle kunna användas som energieffektiva databärare med ultrahög densitet.

Jarvis Loh, Gan Chee Kwan och Khoo Khoong Hong från Agency for Science, Technology and Research (A*STAR) Institute of High Performance Computing, Singapore, har modellerat dessa små snurrspiraler i nanoskopiska kristalllager. De fann att omväxlande lager av mangansilicid (MnSi) och koboltsilicid (CoSi) bildar en lovande materialarkitektur.

"Skyrmions är enheter i nanostorlek, bara tiotals nanometer, så de har löftet om högre lagringstäthet än den nuvarande tekniken, " sa Gan.

Lagring baserad på skyrmions skulle representera binära data som '1:or och '0'or som medurs och moturs spinnspiraler, respektive. Skyrmioner kan förbättra energieffektiviteten eftersom de kan skapas och manipuleras med strömmar som är betydligt mindre än de som krävs för konventionell magnetisk hårddiskteknik.

Skyrmioner hade experimentellt observerats i mangansilicid, vilket fick teamet att utforska simuleringar av mangansilicid i dess orörda form och i kombination med liknande material.

Teamet valde koboltsilicid eftersom kobolt ligger nära mangan i det periodiska systemet, och dess liknande galleregenskaper betyder att den bör kombineras väl med mangansilicid. Kobolt har också starka magnetiska egenskaper - den är ferromagnetisk.

Teamets simuleringar visade att koppling av koboltsilicid till mangansilicid gör att spinnspiralerna i mangansilicid kan konstrueras. "Det som är intressant är att vi nu kan variera storleken på skyrmioner på ett enkelt och elegant sätt, " sa Loh.

I skyrmions centrum vänds atomernas magnetiska spinn 180 grader i förhållande till spinnet på dess yttre kant; mellan kanten och mitten lutar snurren gradvis mellan de två ytterligheterna. Avgörande för storleken på skyrmioner är materialets förmåga att stödja hög relativ lutning mellan närliggande atomer i gittret, vilket gör att skyrmionen kan packas i en mindre spiral.

Teamet fann att tillsats av koboltsilicidskikt till mangansilicidskikten ökade den möjliga relativa lutningen. Det finns dock en övre gräns - för koboltsilicidskikt dubbelt så tjock som mangansiliciden, materialet upphörde att stödja skyrmioner och övergick till ett mer konventionellt ferromagnetiskt beteende.

En av attraktionerna med skyrmions som datalagringsmedium är deras robusthet, säger Loh. "Till skillnad från nuvarande magnetisk lagring, skyrmioner är resistenta mot defekter i gallret. De är topologiskt skyddade."

Teamet planerar att tillämpa sitt framgångsrika tillvägagångssätt på andra potentiella arkitekturer, såsom nanotrådar.