Gli scienziati usano il calore per creare transizioni tra skyrmion e antiskyrmion

In un esperimento che potrebbe aiutare a sviluppare nuovi dispositivi spintronici a basso consumo energetico, i ricercatori di RIKEN e collaboratori hanno utilizzato calore e campi magnetici per creare transizioni tra vortici magnetici e antivortici – noti come skyrmion e antiskyrmion – in un dispositivo a piastra sottile a cristallo singolo. Soprattutto, hanno raggiunto questo obiettivo a temperatura ambiente.

Skyrmion e antiskyrmion, che sono materiali contenuti all'interno di speciali materiali magnetici che coinvolgono la rotazione degli elettroni nel materiale, sono un'area di ricerca attiva, poiché potrebbero essere utilizzati, ad esempio, per dispositivi di memoria di prossima generazione, con gli skyrmion che agiscono come un “1” bit e Antiskyrmion un bit “0”. In passato, gli scienziati erano in grado di spostarli in diversi modi e di creare trasformazioni tra loro utilizzando la corrente elettrica. Tuttavia, poiché gli attuali dispositivi elettronici consumano energia elettrica e producono calore di scarto, i ricercatori del gruppo, guidato da Xiuzhen Yu presso il RIKEN Center for Emerging Materials Science, hanno deciso di vedere se potevano trovare un modo per creare transizioni utilizzando i gradienti termici.

Secondo Yu, “Poiché quasi due terzi dell'energia prodotta da centrali elettriche, automobili, inceneritori e fabbriche viene sprecata sotto forma di calore, abbiamo pensato che sarebbe stato importante provare a creare transizioni tra Skyrmion e Antiskyrimions, qualcosa che è stato precedentemente fatto con la corrente elettrica utilizzando il calore.

Per condurre la ricerca, pubblicata sulla rivista Nature Communications, i ricercatori hanno utilizzato fasci ionici focalizzati – un sistema di produzione estremamente preciso – per creare un piccolo dispositivo da un magnete a singolo cristallo (Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P, composto da ferro, atomi di nichel, palladio e fosforo e hanno poi utilizzato un microscopio a scansione di Lorentz, un metodo avanzato per esaminare le proprietà magnetiche dei materiali su scala molto piccola.

Ciò che hanno scoperto è che quando un gradiente di temperatura è stato applicato al cristallo contemporaneamente a un campo magnetico, a temperatura ambiente, gli anti-rimbalzi al suo interno si sono trasformati prima in bolle non topologiche – una sorta di stato di transizione tra riflessioni e anti-riflessi – e poi in riflessi, con gradiente termico crescente. Rimasero poi in una configurazione stabile come skyrmion anche quando il gradiente termico fu eliminato.

Questo era un risultato coerente con le aspettative teoriche, ma il secondo risultato ha sorpreso il gruppo. Secondo Fahmi Sami Yassin, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Yu, “Siamo stati anche sorpresi di scoprire che quando il campo magnetico non veniva applicato, il gradiente termico portava alla trasformazione da skyrmion ad anti-skyrmion, che rimanevano stabili anche all'interno del materiale. .”

E continua: “La cosa davvero interessante è che ciò significa che possiamo usare un gradiente termico – essenzialmente utilizzando il calore di scarto – per guidare la transizione tra skyrmion e antiskyrmion, a seconda che venga applicato o meno un campo magnetico.” importante, soprattutto perché abbiamo potuto farlo a temperatura ambiente. “Ciò potrebbe aprire la strada a un nuovo tipo di dispositivo di archiviazione delle informazioni, come i dispositivi di memoria non volatile che utilizzano il calore di scarto.”

Secondo Liu, “Siamo molto entusiasti della sua scoperta e intendiamo continuare il nostro lavoro per manipolare skyrmion e antiskyrmion in modi nuovi e più efficienti, incluso il controllo termico del movimento dell'antiskyrmion, con l'obiettivo di costruire veri e propri sistemi termospinaltronici e altri sistemi spintronici”. dispositivi” che possono essere utilizzati nella nostra vita quotidiana. “Per realizzare dispositivi migliori, dobbiamo esplorare attentamente diversi design e architetture di dispositivi.”

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