Magnetiska (anti)skyrmioner är mikroskopiskt små virvlar som finns i speciella klasser av magnetiska material. Dessa nanoobjekt skulle kunna användas för att vara värd för digital data genom deras närvaro eller frånvaro i en sekvens längs en magnetremsa. Ett team av forskare från Max Planck-instituten (MPI) för mikrostrukturfysik i Halle och för kemisk fysik av fasta ämnen i Dresden och Martin Luther-universitetet Halle-Wittenberg (MLU) har nu gjort observationen att skyrmioner och antiskyrmioner kan samexistera, vilket skapar möjlighet att utöka sina möjligheter i lagringsenheter. Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation .

Med de ständigt ökande volymerna digital data från det växande antalet enheter, efterfrågan på datalagringskapacitet har ökat dramatiskt under de senaste åren. Konventionella lagringstekniker kämpar för att hänga med. På samma gång, den ständigt ökande energiförbrukningen för dessa enheter – hårddiskar (HDD) och RAM-minnen – står i strid med ett "grönt" energilandskap. Det krävs helt nya enheter som har högre prestanda till en drastiskt minskad energiförbrukning.

Ett lovande förslag är den magnetiska racingbanans minneslagringsenhet. Den består av nanoskopiska magnetremsor (racebanorna) där data kodas i magnetiska nanoobjekt, typiskt genom deras närvaro eller frånvaro på specificerade positioner. Ett möjligt nanoobjekt är en magnetisk (anti)skyrmion:detta är en extremt stabil magnetiseringsvirvel med en storlek som kan varieras från mikrometer till nanometer. Dessa objekt kan skrivas och raderas, Läs och, viktigast, rörd av strömmar, vilket gör att racerbanan kan köras utan några rörliga delar. "Genom att stapla flera racerbanor, en ovanpå varandra, att skapa en medfödd tredimensionell minneslagringsenhet, lagringskapaciteten kan ökas drastiskt jämfört med solid state-enheter och till och med hårddiskar. Dessutom, En sådan minnesanordning för racerbanor skulle fungera med en bråkdel av energiförbrukningen för konventionella lagringsanordningar. Det skulle gå mycket snabbare, och skulle vara mycket mer kompakt och pålitlig, " förklarar professor Stuart Parkin, direktör för MPI för mikrostrukturfysik i Halle och Alexander von Humboldt professor vid MLU.

"Skyrmions och antiskyrmions är "motsatta" magnetiska virvlar. tills nyligen, man trodde att dessa två distinkta föremål bara kan existera i olika materialklasser." förklarar prof Ingrid Mertig från fysikinstitutet vid MLU. Forskargruppen från Max Planck-instituten i Halle och Dresden och MLU har nu upptäckt att antiskyrmioner och skyrmioner kan samexistera under vissa förhållanden i samma material Dr Börge Göbel, medlem av Mertigs forskargrupp, gav den teoretiska förklaringen till de oväntade experimentella observationerna som utfördes av Jagannath Jena i Parkins grupp. De uppmätta enkristallmaterialen, Heusler-föreningar, förbereddes av Dr. Vivek Kumar i gruppen av professor Claudia Felser vid MPI i Dresden.

Skyrmioner och antiskyrmioner stabiliseras i olika material genom en magnetisk interaktion som är direkt knuten till värdmaterialets struktur. I vissa material kan bara skyrmioner bildas, medan i andra material, antiskyrmioner är energetiskt föredragna av denna interaktion. Dock, vad man tidigare förbisett är att de individuella magneterna i varje material ("de magnetiska dipolerna") också väsentligt interagerar med varandra via sin dipol-dipol-interaktion. Denna interaktion föredrar alltid skyrmioner. Av denna anledning, även "antiskyrmionmaterial" kan uppvisa skyrmioner (men inte vice versa). Detta sker helst när temperaturen sänks. Vid en kritisk övergångstemperatur, de två distinkta objekten samexisterar.

Förutom dess grundläggande relevans, detta fynd möjliggör en avancerad version av racingbanans minnesdatalagring, där en bitsekvens kan, till exempel, kodas av en sekvens av skyrmioner ('1' bit) och antiskyrmioner ('0' bit). Detta koncept skulle vara mer tillförlitligt än konventionella racerbanor.