Физикам впервые удалось целенаправленно записать и стереть отдельные магнитные скирмионы - своего рода магнитные вихри или узлы - на поверхности. Это важный первый шаг к возможному использованию этих спин-магнитных явлений в качестве хранилища данных в будущем. Потому что создание и удаление скирмионов соответствует нулям и единицам цифровой информации, но намного меньше, чем обычные биты магнитного хранения, как сообщают исследователи в журнале «Наука».
Стремление к более компактным электронным устройствам с еще более высокой плотностью хранения, традиционные магнитные технологии хранения скоро достигнут своих физических пределов. В традиционных запоминающих устройствах, использовавшихся до сих пор, магнитные биты, как и классические стержневые магниты, состоят из множества атомов с параллельным расположением их магнитных моментов. Однако эти магнитные биты нельзя уменьшать до бесконечности, так как соседние поля интерферируют друг с другом выше определенной величины, и биты также становятся неустойчивыми к температурным колебаниям.
Магнитные узлы как хранилище данных?
Выходом из этого технологического тупика может стать использование «более надежных» магнитных структур, таких как скирмионы. Это крошечные магнитные вихри или узлы, открытые в 2009 году, которые появляются в полях вокруг магнитных материалов при определенных условиях. Спины поверхностных атомов располагаются так, что образуют спиральные вихри. Эти вихри носят корпускулярный характер, и им можно приписать своего рода заряд. Это дает возможность использовать скирмион для представления битовых состояний "1" (скирмион есть) и "0" (скирмион отсутствует) - обязательное условие для будущего хранения данных.
Благодаря умному выбору температуры и внешнего магнитного поля Роланду Визендангеру из Гамбургского университета и его коллегам удалось создать отдельные скирмионы и управлять ими. Для этого исследователи использовали пленку из слоев палладия и железа толщиной в два атома на кристалле иридия. Если этот образец поместить в магнитное поле, то с помощью спин-поляризованного сканирующего туннельного микроскопа можно наблюдать одиночные и пространственно фиксированные скирмионы размером в несколько нанометров. Их можно записывать и стирать небольшим электрическим током на кончике микроскопа.
Теперь подтверждено осуществимость
При создании скирмиона магнитные моменты, которые в противном случае выровнены параллельно, закручиваются таким образом, что образуется своего рода двумерный узел. снова растворился. «Наконец-то мы нашли магнитную систему, в которой мы можем локально переключаться между обычным ферромагнитным порядком и сложным расположением спинов», - с энтузиазмом говорит гамбургский физик Кирстен фон Бергманн. В эксперименте это было достигнуто с помощью четырех скирмионов, которые исследователи создали и снова растворили в секции образца.
«Мы перенесли идею пресловутого узла в носовом платке, чтобы что-то запомнить, в технологию памяти и можем хранить данные в двумерных магнитных узлах», - объясняет соавтор Никлас Ромминг. Однако пока невозможно сказать, можно ли и когда скирмионы использовать в качестве устройств хранения данных в наших компьютерах, планшетах и смартфонах. Однако экспериментально реализованная запись и удаление скирмионов доказала осуществимость этой технологии, и, таким образом, было устранено важное препятствие в технологической реализации.