Gli oggetti vorticosi noti come vortici magnetici e skyrmioni possono essere miniaturizzati senza sacrificare la mobilità, ha scoperto un gruppo di ricerca internazionale guidato da KAUST. Questi risultati sono rilevanti per le future tecnologie di memoria "da pista" che presentano enormi densità di bit magnetici mobili.

In pellicole magnetiche sottili in nanometri, come le leghe ferro-nichel, la regione che separa due domini magnetici o difetti può adottare piccoli schemi simili a vortici. Alcuni di questi modelli, chiamati skyrmioni, resiste al disfacimento anche se imballati strettamente insieme, e possono anche essere diretti con piccole correnti elettriche. Queste caratteristiche hanno reso gli skyrmion obiettivi interessanti per la ricerca sui dispositivi di memoria ad alta capacità. Un concetto comprime gli skyrmion attorno a un anello e poi oltre una testina di lettura/scrittura fissa per eliminare la necessità di componenti meccanici utilizzati negli odierni dischi rigidi.

Aurelien Manchon, Professore Associato di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso l'Università, osserva che uno dei motivi principali dell'attrattiva degli skyrmioni è la loro capacità di evitare difetti o macchie irregolari in pellicole sottili che normalmente intrappolano o "appuntano" una carica magnetica. Però, questa agilità è compromessa quando i ricercatori cercano di ridurre gli skyrmion alla dimensione più piccola possibile:più piccoli diventano, più è probabile che vengano bloccati a causa del relativo aumento delle dimensioni del sito del difetto.

Per migliorare questi dispositivi, Manchon e collaboratori internazionali hanno cercato di comprendere il fondamentale trasferimento di quantità di moto tra correnti di carica e vortici magnetici.

Utilizzando intensi raggi X generati presso l'Advanced Light Source dell'Università di Berkeley, il team ha catturato immagini risolte nel tempo di modelli di vortici chiamati vortici magnetici mentre ruotavano lungo una pista a semianello di larghezza nanometrica. Individuando la posizione del nucleo del vortice dalla sequenza di imaging, hanno ottenuto dati precisi su un parametro, nota come coppia di trasferimento di spin non adiabatica, che è cruciale per le manipolazioni elettriche.

Sorprendentemente, la coppia non adiabatica misurata era di gran lunga superiore ai valori previsti dai modelli esistenti. Per giustificare questa discrepanza, un'analisi teorica di Manchon ha mostrato che la torsione extra era fornita da un'altra forza:l'emergente effetto Hall, che si verifica quando gli elettroni viaggiano attraverso un vortice magnetico.

"In poche parole, gli elettroni subiscono una forza che li spinge lateralmente, ma non deriva dalla magnetizzazione locale stessa; nasce invece dalla topologia della tessitura magnetica, " ha spiegato Manchon. "Questo effetto produce una corrente extra polarizzata di spin che esercita una coppia sul vortice".

I ricercatori hanno scoperto che la coppia non adiabatica aggiuntiva si intensifica quando si riduce la dimensione del vortice, una forza trainante che può offrire un modo per superare il blocco dei difetti su scala nanometrica. "Questo potrebbe essere un compromesso interessante da cercare, soprattutto nel contesto dell'archiviazione dei dati basata su skyrmion, " ha aggiunto Mancon.