Figura 1:Rappresentazione grafica degli skyrmioni magnetici. Mentre i ferromagneti hanno i loro spin (momenti magnetici, rappresentati come frecce) allineati uniformemente in modo parallelo, Gli skyrmioni magnetici sono formati da spin disposti a forma di vortice.
Stiamo raggiungendo i limiti delle capacità del silicio in termini di densità di archiviazione dei dati e velocità dei dispositivi di memoria. Uno dei potenziali elementi di memorizzazione dei dati di nuova generazione è lo skyrmion magnetico. Un team del Centro per i sistemi elettronici correlati, all'interno dell'Istituto per le Scienze di Base (IBS, Corea del Sud), in collaborazione con l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, hanno riportato la scoperta di skyrmioni piccoli e ferroelettricamente sintonizzabili. Pubblicato in Materiali della natura , questo lavoro introduce nuovi interessanti vantaggi che avvicinano la ricerca Skyrmion all'applicazione.
Si prevede che l'immagazzinamento della memoria su skyrmioni - perturbazioni magnetiche stabili di rotazioni vorticose (momenti magnetici) - sarebbe più veloce da leggere e scrivere, consumare meno energia, e generano meno calore rispetto alle giunzioni a tunnel magnetiche attualmente utilizzate. Nei futuri dispositivi di memoria e logica, 1 e 0 bit corrisponderebbero all'esistenza e alla non esistenza di uno skyrmione magnetico, rispettivamente. Sebbene numerosi sistemi skyrmion siano stati scoperti nei laboratori, è ancora molto difficile produrre controllabili, skyrmioni di dimensioni nanometriche per le nostre esigenze tecnologiche.
In questo studio, i ricercatori hanno scoperto che gli skyrmioni con un diametro inferiore a 100 nanometri si formano spontaneamente in materiale ultrasottile, costituito da uno strato di titanato di bario (BaTiO 3 ) e uno strato di rutenato di stronzio (SrRuO 3 ). Sotto 160 Kelvin (-113 gradi Celsius), SrRuO 3 è ferromagnetico, il che significa che i suoi spin sono allineati uniformemente in modo parallelo. Quando i due strati sono sovrapposti, però, una speciale interazione magnetica fa vorticare SrRuO 3 gira, generazione di skyrmioni magnetici. Tale particolare struttura magnetica è stata rilevata al di sotto di 80 Kelvin (-193 gradi Celsius) utilizzando la microscopia a forza magnetica e misurazioni di Hall.
Figura 2:Controllo della densità degli skyrmioni con campi elettrici. Questo studio ha misurato gli skyrmioni in un materiale ultrasottile costituito da uno strato ferromagnetico di rutenato di stronzio (SrRuO3), ricoperto da uno strato ferroelettrico di titanato di bario (BaTiO3) e cresciuto su un substrato di titanato di stronzio (SrTiO3). BaTiO3 è ferroelettrico, il che significa che ha una polarizzazione elettrica commutabile e permanente (), mentre SrRuO3 è ferromagnetico al di sotto di 160 Kelvin (-113 Celsius). All'interfaccia BaTiO3/SrRuO3, la polarizzazione ferroelettrica BaTiO3 fa vorticare gli spin in SrRuO3, generare skyrmioni. Se i ricercatori capovolgessero la direzione della polarizzazione in BaTiO3, la densità degli skyrmioni cambia. Credito:Istituto per le scienze di base
Inoltre, manipolando la polarizzazione ferroelettrica del BaTiO 3 strato, il team è stato in grado di modificare la densità e la stabilità termodinamica degli skyrmioni. La modulazione è non volatile (permane quando si spegne l'alimentazione), reversibile, e su scala nanometrica.
"Gli skyrmioni magnetici e la ferroelettricità sono due importanti argomenti di ricerca nella fisica della materia condensata. Di solito vengono studiati separatamente, ma li abbiamo messi insieme, " spiega Lingfei Wang, primo autore dello studio. "Questa correlazione offre un'opportunità ideale per integrare l'elevata sintonizzabilità di dispositivi ferroelettrici ben consolidati con i vantaggi superiori degli skyrmioni nella memoria e nei dispositivi logici di nuova generazione".
Figura 3:Esempi di skyrmioni a bassa e alta densità. Immagini al microscopio a forza magnetica con colori proporzionali al campo magnetico locale. Credito: Materiali della natura
