Magneti e fenomeni magnetici sono alla base della stragrande maggioranza della moderna memorizzazione dei dati, e le scale di misurazione per la ricerca incentrata sui comportamenti magnetici continuano a ridursi con il resto della tecnologia digitale. Skyrmioni, Per esempio, sono una specie di nanomagnete, costituito da un insieme di elettroni correlati allo spin che agiscono come un magnete topologico su determinate superfici microscopiche. Le proprietà precise, come l'orientamento della rotazione, di tali nanomagneti possono immagazzinare informazioni. Ma come puoi muovere o manipolare questi nanomagneti a piacimento per memorizzare i dati che desideri?
Nuova ricerca da un tedesco-statunitense la collaborazione ora dimostra tale capacità di lettura/scrittura utilizzando esplosioni di elettroni, codifica di strutture energetiche topologiche sufficientemente robuste per potenziali applicazioni di archiviazione dati. Come riporta il gruppo questa settimana in Lettere di fisica applicata , la magnetizzazione di queste eccitazioni d'insieme, o quasiparticelle, è controllato adattando il profilo degli impulsi elettronici, variando il numero totale di elettroni o la loro larghezza nello spazio.
"Il lavoro mostra come la magnetizzazione dei magneti su scala nanometrica può essere guidata da intensi impulsi di elettroni ultracorti, " ha detto Alexander Schäffer, uno studente di dottorato presso la Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg di Halle, Germania, e autore principale dell'articolo. "Gli esperimenti allo SLAC hanno già dimostrato il limite di velocità massimo della commutazione magnetica con questo schema. Qui mostriamo che gli impulsi di elettroni su misura possono scrivere rapidamente, cancella o cambia trame magnetiche topologicamente protette come gli skyrmioni."
Finora, Schäffer dice che ci sono solo poche applicazioni realizzate di questi skyrmioni, che sono relativamente nuovi all'avanguardia della fisica dello stato solido, ma le loro proprietà e le attuali capacità di ricerca li rendono maturi per le tecnologie di prossima generazione.
"Nella tradizione del campo della dinamica di spin nelle nanostrutture, Apprezzo ancora l'idea di dispositivi di memoria non volatili (a lungo termine), come sta perseguendo anche la comunità della spintronica, " ha detto. "La bella interazione tra il concetto matematico di barriere energetiche topologiche e le proprietà di trasporto fisico degli skyrmioni, che sono altamente mobili, sono gli aspetti eccezionali per me".
Non solo queste eccitazioni magnetiche sono controllabili, ma i risultati del team confermano molte delle comprensioni dinamiche fornite dalla teoria. Inoltre, i loro risultati dimostrano il potenziale per ottenere una trascrizione di carica topologica simile tramite impulsi laser, la cui energia più bassa e priva di massa offre una serie di vantaggi pratici.
"Queste quasiparticelle sono robuste contro le perturbazioni esterne, e quindi di solito sono difficili da manipolare, e hanno un alto potenziale per le applicazioni nell'archiviazione e nell'informatica dei dati, " Schäffer ha detto. "Sono rimasto positivamente sorpreso dalla piacevole concordanza tra esperimento, analisi e risultati numerici, che mi ha dato una bella sensazione nel continuare questo percorso. Un secondo punto è stata la scoperta che le trame possono essere scritte con un'intensità del raggio molto più bassa utilizzando impulsi di elettroni strettamente focalizzati. Ciò rende il loro sfruttamento tecnologico a portata di mano poiché la configurazione di microscopia elettronica ultraveloce ad alta energia richiesta è attualmente in fase di sviluppo presso lo SLAC e in altri luoghi in tutto il mondo".
Questo passo significativo si presta a molti altri nell'evoluzione dalla ricerca all'avanguardia di questa generazione ai dischi rigidi della prossima generazione. Mentre continuano a costruire sulla loro ricerca, Schäffer e i suoi collaboratori stanno cercando un'applicabilità più ampia in diversi modi.
"Sono necessari ulteriori sviluppi nelle configurazioni per poter scrivere strutture skyrmionic su film estesi, dove non possiamo trarre profitto dai confini geometrici come nei nanodischi, " Schäffer ha detto. "I prossimi passi sono molteplici. Certo, una realizzazione sperimentale è ciò per cui ci sforziamo con i nostri colleghi sperimentali, in particolare la questione di quanto sia buono il comportamento di commutazione tra diversi stati topologici può essere coperto dai nostri calcoli. Una simulazione completa di TEM irradiati con laser di campioni magnetici è uno dei nostri grandi obiettivi in questo momento".
