Магнитные (анти)скирмионы представляют собой микроскопически маленькие вихри, встречающиеся в особых классах магнитных материалов. Эти нанообъекты можно использовать для размещения цифровых данных по их наличию или отсутствию в последовательности вдоль магнитной полосы. Группа ученых из Института физики микроструктур Макса Планка (MPI) в Галле и Института химической физики твердых тел в Дрездене, а также Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU) обнаружила, что скирмионы и антискирмионы могут сосуществовать, что приводит к возможность расширения своих возможностей в устройствах хранения. Результаты были опубликованы в научном журнале Nature Communications.
В связи с постоянно растущими объемами цифровых данных с растущего числа устройств потребность в емкости для хранения данных резко возросла за последние несколько лет. Традиционные технологии хранения данных с трудом справляются с этой задачей. В то же время постоянно растущее энергопотребление этих устройств - жестких дисков (HDD) и оперативной памяти (RAM) - противоречит «зеленому» энергетическому ландшафту. Требуются совершенно новые устройства с большей производительностью при значительно сниженном энергопотреблении.
Многообещающее предложение - запоминающее устройство на магнитной беговой дорожке. Он состоит из наноскопических магнитных полос (беговых дорожек), в которых данные закодированы в магнитных нанообъектах, как правило, по их наличию или отсутствию в определенных позициях. Одним из возможных нанообъектов является магнитный (анти)скирмион: это чрезвычайно стабильный вихрь намагниченности, размер которого может варьироваться от микрометров до нанометров. Эти объекты можно записывать и удалять, читать и, что наиболее важно, перемещать потоками, что позволяет управлять беговой дорожкой без каких-либо движущихся частей. «Установив несколько беговых дорожек, одну поверх другой, для создания изначально трехмерного запоминающего устройства, емкость хранилища может быть значительно увеличена по сравнению с твердотельными накопителями и даже жесткими дисками. Более того, такое запоминающее устройство с беговой дорожкой будет работать с меньшим энергопотреблением по сравнению с обычными запоминающими устройствами, будет намного быстрее, компактнее и надежнее», - объясняет профессор Стюарт Паркин, директор MPI по физике микроструктур в Галле, и профессор Александра фон Гумбольдта в MLU.
"Скирмионы и антискирмионы - это "противоположные" магнитные вихри. Однако до недавнего времени считалось, что эти два разных объекта могут существовать только в разных классах материалов." объясняет профессор Ингрид Мертиг из института физики MLU. Исследовательская группа из институтов Макса Планка в Галле и Дрездене и MLU обнаружила, что антискирмионы и скирмионы могут сосуществовать при определенных условиях в одном и том же материале. Доктор Бёрге Гёбель, член исследовательской группы Мертига, дал теоретическое объяснение неожиданным экспериментальным наблюдениям, проведенным Джаганнатхом Йеной в группе Паркина. Измеряемые монокристаллические материалы, соединения Гейслера, были приготовлены доктором Вивеком Кумаром в группе профессора Клаудии Фельзер в MPI в Дрездене.
Скирмионы и антискирмионы стабилизируются в различных материалах за счет магнитного взаимодействия, которое напрямую связано со структурой материала-хозяина. В некоторых материалах могут образовываться только скирмионы, в то время как в других материалах при этом взаимодействии энергетически предпочтительны антискирмионы. Однако ранее упускалось из виду то, что отдельные магниты в каждом материале («магнитные диполи») также в значительной степени взаимодействуют друг с другом через их диполь-дипольное взаимодействие. Это взаимодействие всегда предпочитает скирмионов. По этой причине даже «антискирмионные материалы» могут иметь скирмионы (но не наоборот). Это происходит предпочтительно при понижении температуры. При критической температуре перехода два различных объекта сосуществуют.
Помимо своей фундаментальной важности, это открытие позволяет создать расширенную версию хранилища данных в памяти ипподрома, где последовательность битов может, например, быть закодирована последовательностью скирмионов ('1' бит) и антискирмионов (' 0' бит). Эта концепция будет более надежной, чем обычные гоночные трассы.