Skyrmions: orbitale structuren die miljarden gegevens kunnen opslaan

Dompel jezelf onder in een wereld waar magnetische kromming, die kleine spinconfiguraties, hun potentieel voor spin-elektronische apparaten onthullen. Een nieuwe studie in BESSY II werpt nieuw licht op de manipulatie en controle van deze opmerkelijke structuren.

In de nanotechnologie en de vastestoffysica draaien magnetische skyrmionen vortexachtige structuren. Deze entiteiten zouden in principe kunnen worden gebruikt in spin-elektronische apparaten, zoals snelle en energiezuinige media voor gegevensopslag. Het blijft echter een uitdaging om het op kamertemperatuur te hanteren.

Hun topologisch beschermde karakter maakt Skyrmions tot een onderwerp van groot belang in het huidige onderzoek. Vooral omdat deze structuren bijzonder interessant zijn wanneer ze voorkomen in materialen op basis van zeldzame aardmetalen en overgangsmetalen (RE-TM), met aanpasbare ferromagnetische eigenschappen.

Focus op magnetische dunne films

Een recent BESSY II-onderzoek richtte zich op de realtime analyse van skyrmionen in magnetische dunne films van dysprosium en kobalt. Dr. Florin Radu, natuurkundige bij HerzbZijn team gebruikte röntgenmicroscopiemethoden om monsters van DyCo3 te bestuderen.

daar Röntgenscanmicroscopie Circulair en lineair röntgenmagnetisch dichroïsme zijn gebruikt als elementspecifieke contrastmechanismen. Dit proces maakte het mogelijk om de ferromagnetische Skyrmionen direct met hoge intensiteit waar te nemen.

Gedetailleerde controle van wandoppervlakken

“Hierdoor konden we geïsoleerde magnetische skyrmionen met hoge dichtheid rechtstreeks observeren en nauwkeurig het type domeinmuur bepalen.Dr. Radu zegt: Uit de resultaten blijkt dat deze skyrmionen van het Néel-type zijn en duidelijk te onderscheiden zijn van andere domeinmuren, in het bijzonder Bloch-muren.

synthetisch

Het onderzoek bij BESSY II vertegenwoordigt een cruciale stap in het karakteriseren van de materialen die waarschijnlijk ferromagnetische skyrmionen bevatten. Deze doorbraak zou de weg kunnen vrijmaken voor het gebruik van deze materialen in echte spin-elektronische apparaten.

Voor een beter begrip

Wat is Skyrmion en waarom is het belangrijk voor Spintronic Devices

De Skyrmion is een topologisch beschermde vortex-achtige spinstructuur die kan worden gebruikt in gespecialiseerde elektronische apparaten zoals spin-elektronica. Vanwege hun kleine omvang en stabiliteit worden Skyrmions beschouwd als een snel en energiezuinig alternatief voor gegevensopslag.

Wat zijn de belangrijkste onderwerpen die in dit onderzoek worden bestudeerd?

De materialen die in dit artikel worden bestudeerd, zijn magnetische dunne films bestaande uit dysprosium (Dy) en kobalt (Co). Deze materialen hebben instelbare ferromagnetische eigenschappen en zijn daarom bijzonder interessant om Skyrmionen te bestuderen.

Welke microscopietechniek wordt in dit onderzoek gebruikt en waarom?

De gebruikte techniek is röntgenscan-transmissiemicroscopie, en deze methode werd gekozen omdat hierdoor voordeel kan worden gehaald uit de contrastmechanismen van de bestudeerde elementen, zoals circulair en lineair magnetisch dichroïsme van röntgenstralen, en deze specificiteit directe observatie en hoge kwaliteit mogelijk maakt. -dichtheid ijzer skyrmions.

Wat is de belangrijkste bevinding van dit onderzoek?

De belangrijkste ontdekking is de mogelijkheid om het domeinwandtype van ferromagnetische scarmionen nauwkeurig te bepalen, door middel van röntgenmicroscopie. De resultaten toonden aan dat deze scarmionen van het Neel-type zijn, wat cruciale informatie is voor hun toekomstige toepassing in spin-elektronische apparaten. .

Artikel: “Directe observatie van Skyrmionen en domeinmuren van het Néel-type in een magnetische dunne film door röntgenscanmicroscopie” – DOI: 10.1038/s42005-023-01341-7

Uitleg van de hoofdafbeelding: De bovenste twee rijen tonen de magnetische anisotropie die wordt verwacht voor Bloch- en Néel-röntgenstralen wanneer cirkelvormige, lineaire horizontale (LH) en lineaire verticale (LV) röntgenstralen worden gebruikt. Resultaten van experimentele röntgenmicroscopie (STXM) worden weergegeven in de onderste rij; Ze komen overeen met gesimuleerde skyrmionen van het Néel-type. Krediet: F. Radu/HZB

[ Rédaction ]