Un team internazionale di ricercatori ha scoperto coppie magnetiche vortice-antivortice derivanti da spin di elettroni correlati in un materiale a tre strati di nuova concezione. La scoperta potrebbe far avanzare le celle di memoria e punta al potenziale sviluppo di circuiti logici magnetici 3-D.

I ricercatori del Centro di ricerca sui nanomateriali e le nanotecnologie dell'Università di Oviedo in Spagna, e l'Università di Porto in Portogallo, hanno riportato i loro risultati questa settimana in Lettere di fisica applicata . La collaborazione ha incluso anche un gruppo di ricerca presso Alba Synchrotron in Catalogna, Spagna.

Il lavoro del team fa parte di un campo di ricerca relativamente nuovo chiamato spintronica topologica. La spintronica sfrutta gli spin intrinseci degli elettroni e le loro proprietà magnetiche risultanti nel materiale, così come la carica elettrica degli elettroni, per memorizzare ed elaborare le informazioni.

La spintronica topologica utilizza "difetti" geometrici rotanti nella topologia complessiva di un materiale che trasporta carica per controllare il comportamento magnetico. Difetti fisici microscopici, come lo stretching, piegarsi e torcersi, possono essere fenomeni trainanti che i ricercatori cercano di utilizzare.

I difetti che il team studia nei suoi tre strati sono biforcazioni, che vengono creati nel mezzo del modello di dominio a strisce. Pensa a una strada biforcuta all'interno di una fila di strade dritte. Queste biforcazioni fanno sì che le coppie vortice-antivortice si muovano insieme lungo le "strade magnetiche" in un orientamento o nell'opposto, a seconda delle loro polarità. Il fondo della forcella confina e guida la propagazione dei vortici.

L'effetto è stato osservato in tristrati magnetici in cui uno strato magnetico duro, difficile da smagnetizzare, è stato inserito tra due strati magnetici più morbidi, con uno spessore totale di 160 nanometri.

"Il movimento vortice-antivortice richiede l'interazione tra gli strati magnetici duri e morbidi, nonché i campi vaganti dell'intero tristrato magnetico, " disse Maria Velez, co-autore dell'articolo e professore associato di fisica della materia condensata presso l'Università di Oviedo.

La ricerca del suo team apre nuove possibilità nel campo nascente del nanomagnetico 3-D, che si è evoluto attraverso le recenti scoperte di nuovi effetti magnetici a livello atomico, così come i progressi nei metodi di caratterizzazione come nella tecnica di microscopia magnetica a raggi X utilizzata dal gruppo.

I ricercatori hanno scoperto che le coppie vortice-antivortice negli strati magnetici morbidi hanno mostrato un movimento correlato che si estende per diversi micrometri lungo le strisce magnetiche durante l'inversione della magnetizzazione. Questi effetti a lunga percorrenza potrebbero aumentare l'efficienza nel controllo della memoria magnetica e dei dispositivi logici. I risultati si basano sulla microscopia a raggi X e calcoli micromagnetici.

"La propagazione vortice-antivortice è guidata dal modello di dominio della banda magnetica del materiale, non da una geometria del filo definita dalla litografia. Ciò implica che la direzione del moto può essere cambiata in qualsiasi momento da una corretta sequenza di campi magnetici applicati. Questo è un chiaro vantaggio rispetto alle geometrie fisse come le linee di trasporto di corrente definite litograficamente nei dispositivi elettronici convenzionali, " ha detto Vélez. È come se i percorsi conduttori per il movimento del vortice nei tristrati magnetici potessero essere ricablati dinamicamente.

"Inoltre, l'uso di un potenziale magnetico per confinare il moto vortice-antivortice è cruciale per ottenere lunghe distanze di propagazione di diversi micron, evitando l'annientamento ai bordi del filo, "Ha detto anche Velez.

La propagazione è confinata alla parte superiore o inferiore delle superfici del film a seconda delle caratteristiche topologiche della dislocazione del motivo a strisce. Questo effetto potrebbe consentire l'accoppiamento di circuiti magnetici attraverso lo spessore del campione in dispositivi multilivello con un grado di integrazione spaziale maggiore rispetto agli attuali circuiti magnetici 2-D.