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(Noticias de Nanowerk) Los skyrmiones magnéticos son vórtices de magnetización extremadamente pequeños y estables, a menudo denominados «cuasipartículas topológicas» porque una estabilidad emergente involucra este conjunto de espín. Como tal, los skyrmions se pueden manipular manteniendo su forma. En capas delgadas ferromagnéticas, se pueden generar fácilmente con un pulso de corriente eléctrica o incluso más rápido con un pulso de láser, pero hasta ahora solo en puntos arbitrarios del material.
Los skyrmions son científicamente interesantes desde dos perspectivas: por un lado, los skyrmions magnéticos están destinados a ser portadores de información en la tecnología de la información del futuro. Por otro lado, los skyrmions en películas magnéticas delgadas podrían servir como un entorno de prueba ideal para estudiar la dinámica de cuasipartículas magnéticas topológicamente no triviales. Sin embargo, para avanzar en este campo, se requiere una generación confiable del skyrmion magnético en posiciones controladas.
Un equipo de investigación dirigido por el Instituto Max Born ahora ha logrado controlar completamente la generación de skyrmion a través de dos enfoques independientes que utilizan HE a escala nanométrica.+-Irradiación de iones o uso de máscaras de retrorreflexión.
En los últimos años, se han realizado grandes avances en la creación, aniquilación y movimiento de skyrmions magnéticos en películas delgadas magnéticas. Una herramienta principal para estudiar estas texturas magnéticas de escala nanométrica a micrométrica es obtener imágenes de ellas directamente, ya sea con luz visible o con rayos X. Si queremos estudiar las propiedades dinámicas junto con las propiedades espaciales, necesitamos grabar una película formada por muchos fotogramas.
Sin embargo, la grabación directa de una película de skyrmion en las escalas de tiempo relevantes de nanosegundos o incluso picosegundos es casi imposible: el tiempo de grabación requerido para una sola imagen suele ser demasiado largo. Este problema generalmente se resuelve mediante mediciones estroboscópicas repetidas, los llamados «experimentos de sonda de bomba», en los que el mismo proceso se repite una y otra vez durante la obtención de imágenes.
Para permitir tales mediciones resueltas en el tiempo, la dinámica del skyrmion magnético debe ser controlable y determinista. Un equipo de investigación dirigido por el Instituto Max Born ahora ha establecido dos métodos para generar skyrmions de manera confiable en las posiciones deseadas y controlar su movimiento: pasos esenciales para grabar videos de skymions en movimiento.
Un primer método se basa en irradiar la película magnética que alberga los skyrmions con un haz enfocado de iones de helio para crear de manera flexible patrones de diferentes formas y tamaños en el material magnético (nano letras«Generación determinista y movimiento guiado de skyrmions magnéticos por HE enfocado+-irradiación de iones»).
Es importante destacar que esta modificación local con iones muy ligeros afecta solo a las propiedades magnéticas del material, mientras que la película permanece estructuralmente intacta. Mediante el uso de iones de helio, es posible predefinir las posiciones en las que aparecerán los skyrmions después de desencadenar su formación con un pulso corto de corriente eléctrica o luz láser (consulte la Fig. 1, donde los skyrmions se nuclean en dos filas de puntos aislados).
En particular, la modificación magnética demuestra ser lo suficientemente suave como para permitir incluso un desprendimiento controlado del skyrmion desde su punto de origen y su posterior movimiento sin obstáculos.
Además, al combinar un sitio de generación de skyrmion de este tipo con un canal de guía, el equipo pudo mostrar el movimiento continuo de un skyrmion magnético, impulsado por pulsos de corriente eléctrica, de ida y vuelta a lo largo de decenas de micrones en lo que se conoce como pista de carreras magnética. suprimiendo por completo los no deseados. Movimiento lateral inherente a los skyrmions impulsados por corriente.
En un segundo enfoque para predefinir los sitios de nucleación de los skymiones, los investigadores diseñaron máscaras reflectantes con patrones nanométricos en la parte posterior del material magnético (Comprobación física B«Adaptación de la excitación óptica para controlar la nucleación magnética de Skyrmion»).
Estas máscaras permiten controlar las amplitudes de excitación que se logran cuando la película magnética se golpea con un láser, lo que da como resultado una precisión de nivel nanométrico en la distribución espacial de los skyrmions magnéticos generados (ver Fig. 1, donde los skyrmions están en una cuadrícula cuadrada). nucleado). Debido a que las máscaras se preparan en la parte posterior de la película magnética opuesta a la superficie iluminada con láser, el enfoque retiene el acceso frontal libre a la película magnética, por ejemplo, para detectar skyrmions.
La aplicación de este enfoque de máscara posterior, con su acceso sin obstáculos a la película magnética, se puede extender fácilmente a otros fenómenos de conmutación fotoinducidos para agregar un control nanométrico en las áreas conmutadas.
Los resultados de estos estudios también pueden tener implicaciones para la investigación de nuevos conceptos de computación y almacenamiento de datos. En las últimas décadas hemos observado una demanda de densidades de almacenamiento de datos cada vez mayores y capacidades informáticas eficientes, lo que ha despertado un enorme interés industrial por estudiar los efectos magnéticos, activos a escalas ultrarrápidas y ultrapequeñas para aplicaciones tecnológicas. Un posible candidato como portador de información de próxima generación es el skyrmion magnético.
En última instancia, con el nivel de control sobre la creación y el movimiento de Skyrmion logrado, y el potencial para una miniaturización aún mayor, la tecnología puede allanar el camino para posibles dispositivos futuros como la memoria de pista de carreras de Skyrmion, los registros de desplazamiento y las puertas lógicas de Skyrmion.
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