Le misurazioni presso l'Australian Centre for Neutron Scattering hanno contribuito a chiarire la disposizione dei vortici magnetici, conosciuti come skyrmion, nel siliciuro di manganese (MnSi).

Uno skyrmion è il più piccolo cambiamento possibile in un magnete uniforme:una regione puntiforme di magnetizzazione inversa, circondato da un vorticoso giro di trottole.

La configurazione magnetica sta attirando l'attenzione come potenziale supporto dati nei dispositivi di memoria di prossima generazione.

Un gruppo di ricercatori del RIKEN Center for Emergent Matter Science in Giappone ha scoperto che un campo magnetico può essere utilizzato per commutare un gruppo di skyrmion avanti e indietro tra due diverse disposizioni reticolari, dimostrando il tipo di controllo necessario per i dispositivi di memoria avanzati.

Lo studio è stato pubblicato su Progressi scientifici .

Gli atomi in certi materiali portano il loro magnetismo intrinseco, con ogni atomo che agisce come un magnete a barra. Quando questi magneti in miniatura vengono trascinati in minuscoli modelli vorticosi, formano collettivamente skyrmioni che si comportano come particelle discrete.

Si forma solo in magneti in cui l'interazione degli spin preferisce una struttura magnetica con simmetria chirale, come il twist che è sinistro o destrorso.

Essendo circolare, gli skyrmion tipicamente si impacchettano insieme in un reticolo triangolare.

Taro Nakajima e Hiroshi Oike di RIKEN e colleghi hanno studiato come questo reticolo di skyrmion può essere manipolato nel siliciuro di manganese.

In genere, reticoli skyrmion appaiono in questo materiale solo entro un ristretto intervallo di temperature e campi magnetici. "Ciò rende i reticoli troppo fragili per essere riorganizzati, ", ha detto Nakajima.

Il team ha studiato un reticolo skyrmion più robusto applicando impulsi elettrici al materiale a 12,5 kelvin (K) e un campo magnetico di 0,2 tesla (T).

Gli impulsi riscaldavano rapidamente il materiale, provocando la formazione di skyrmioni in una finestra di stabilità tra 27 e 29 K.

Il campione si è rapidamente raffreddato, bloccando gli skyrmion in un reticolo triangolare stabile in una gamma molto più ampia di temperature e campi magnetici.

I ricercatori hanno quindi raffreddato il campione a 1,5 K e hanno utilizzato lo scattering di neutroni a piccolo angolo (SANS) sullo strumento QUOKKA per capire come il reticolo dello skyrmion è cambiato sotto diversi campi magnetici.

A campi magnetici inferiori a 0,1 T, il reticolo si è riorganizzato in uno schema quadrato che era stabile solo all'interno di un intervallo relativamente ristretto di temperature e campi magnetici molto bassi. L'innalzamento del campo a 0,2 T ha resuscitato il reticolo triangolare.

"Su QUOKKA è stato possibile misurare i cambiamenti al reticolo skyrmion in situ quando una corrente elettrica è stata applicata sotto diversi campi magnetici, " ha detto lo scienziato degli strumenti, il dottor Elliot Gilbert, e coautore della pubblicazione.

Sebbene il SANS non veda direttamente le proprietà simili a particelle degli skyrmioni, i modelli possono essere interpretati per fornire informazioni sull'impaccamento delle particelle.

I ricercatori suggeriscono che queste transizioni reticolari sono influenzate da irregolarità, o anisotropia, nel magnetismo sottostante degli atomi di manganese nel materiale.

A bassi campi magnetici e temperature, questa anisotropia consente agli skyrmioni di sovrapporsi parzialmente, avvicinandosi per adottare una disposizione a reticolo quadrato.

Questo effetto potrebbe verificarsi in altri materiali, secondo il gruppo di ricerca.

"I nostri esperimenti hanno rivelato che gli skyrmioni hanno effettivamente una natura particellare nei cristalli sfusi, "dice Nakajima.

"Questi dovrebbero essere applicabili per i futuri dispositivi di memoria magnetica in cui ogni particella skyrmion si comporta come un vettore di informazioni".