I ricercatori della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno fatto un passo avanti nel campo dei futuri dispositivi di memorizzazione magnetica. A marzo 2016, il team internazionale ha studiato strutture che potrebbero fungere da registro a spostamento magnetico o dispositivi di memoria da pista. Questo tipo di storage promette tempi di accesso ridotti, alta densità di informazioni, e basso consumo energetico. Ora, il team di ricerca ha ottenuto il movimento riproducibile di miliardi di volte di speciali trame magnetiche, i cosiddetti skyrmion, tra diverse posizioni, un processo chiave necessario nei registri a scorrimento magnetico, compiendo così un passo fondamentale verso l'applicazione degli skyrmioni nei dispositivi. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista di ricerca Fisica della natura .

Gli esperimenti sono stati condotti in strutture a film sottile appositamente progettate, cioè., dispositivi multistrato verticalmente asimmetrici che mostrano simmetria di inversione rotta, che stabilizzavano speciali strutture di spin chiamate skyrmioni. Quelle strutture sono simili a una spirale di capelli, e sono relativamente difficili da distruggere. Questo garantisce loro una stabilità unica, che è un altro argomento per l'applicazione degli skyrmioni in tali dispositivi spintronici.

Gli Skyrmion possono essere spostati dalle correnti elettriche e percepiscono una forza repulsiva dai bordi della traccia magnetica e da singoli difetti nel filo. Così, possono muoversi relativamente indisturbati lungo la pista. Questa è una proprietà chiave per i dispositivi da pista, che si propone di consistere in testine di lettura e scrittura statiche, mentre i bit magnetici vengono spostati nella traccia. Però, gli skyrmioni non si muovono solo parallelamente alla corrente applicata, ma anche perpendicolare ad esso. Questo porta ad un angolo tra la direzione del moto di skyrmion e il flusso di corrente chiamato angolo di skyrmion Hall. Questo è stato previsto in teoria. Di conseguenza, gli skyrmion dovrebbero muoversi sotto questo angolo costante fino a quando non vengono respinti dal bordo del materiale e quindi mantenere una distanza costante da esso.

Gli scienziati della JGU e del MIT hanno ora dimostrato che lo spostamento riproducibile di un miliardo di volte degli skyrmioni è, infatti, possibile, e può essere raggiunto con velocità elevate. Per di più, l'angolo di Skyrmion Hall è stato studiato in dettaglio. Sorprendentemente, è risultato essere dipendente dalla velocità degli skyrmioni, il che significa che le componenti del moto parallelo e perpendicolare al flusso di corrente non scalano ugualmente con la velocità degli skyrmioni. Questo non è previsto nella descrizione teorica convenzionale degli skyrmioni. Parte della soluzione a questo comportamento inaspettato potrebbe essere la deformazione della struttura di spin dello skyrmion, richiedendo uno sforzo più teorico per comprendere appieno le proprietà degli skyrmioni.

"In campi di ricerca altamente competitivi come quello sugli skyrmioni, la cooperazione internazionale con gruppi leader è un vantaggio strategico. A soli due anni dall'inizio della collaborazione con i nostri colleghi del MIT, abbiamo già pubblicato la seconda volta insieme in un alto grado Natura diario di gruppo. La MAINZ Graduate School of Excellence facilita i soggiorni di ricerca di studenti di dottorato dagli Stati Uniti a Mainz e viceversa e quindi contribuisce in modo significativo all'istruzione internazionale e alla ricerca di successo in questo campo, " ha affermato il professor Mathias Kläui del JGU Institute of Physics, che è anche direttore di MAINZ.