Il mondo di oggi, in rapida evoluzione a causa dei "big data", è incapsulato in trilioni di minuscoli oggetti magnetici - bit magnetici - ognuno dei quali memorizza un bit di dati in unità a disco magnetico. Un gruppo di scienziati degli Istituti Max Planck di Halle e Dresda ha scoperto un nuovo tipo di nano-oggetto magnetico in un nuovo materiale che potrebbe fungere da punta magnetica con proprietà di occultamento per creare un'unità a disco magnetico senza parti mobili:una pista Memoria - una realtà nel prossimo futuro.

La maggior parte dei dati digitali è archiviata nel cloud come bit magnetici all'interno di un numero enorme di unità disco magnetico. Negli ultimi decenni questi bit magnetici si sono ridotti di molti ordini di grandezza, raggiungere limiti in cui i confini di queste regioni magnetiche possono avere proprietà speciali. In alcuni materiali speciali questi confini - "muri del dominio magnetico" - possono essere descritti come toplogici. Ciò significa che si può pensare che queste mura abbiano uno speciale mantello magico, ciò che gli scienziati chiamano "protezione topologica". Una conseguenza importante è che tali pareti magnetiche sono più stabili alle perturbazioni rispetto a bit magnetici simili senza protezione topologica che si formano nei materiali magnetici convenzionali. Così, questi oggetti magnetici "topologici" potrebbero essere particolarmente utili per memorizzare "1" e "0", gli elementi di base dei dati digitali.

Uno di questi oggetti è uno "skyrmion magnetico" che è una piccola regione magnetica, forse da decine a centinaia di atomi di larghezza, separato da una regione magnetica circostante da una parete di dominio chirale. Fino a poco tempo è stato trovato solo un tipo di skyrmion in cui è circondato da un muro di dominio chirale che assume la stessa forma in tutte le direzioni. Ma ci sono state previsioni di molti altri tipi di skyrmioni che non sono stati ancora osservati. Ora in un articolo pubblicato su Natura , scienziati del dipartimento NISE del Prof. Stuart Parkin presso il Max Planck Institute for Microstructure Physics a Halle, Germania, hanno trovato una seconda classe di skyrmion, quelli che vengono chiamati "anti-skyrmions", in materiali sintetizzati nel Dipartimento di Chimica a Stato Solido della Prof.ssa Claudia Felser presso il Max Planck Institute for CPFS, Dresda, Germania.

Gli scienziati di Halle e Dresda hanno trovato questi minuscoli oggetti magnetici in una classe speciale di composti magnetici versatili chiamati composti di Heusler che Claudia Felser e i suoi colleghi hanno esplorato ampiamente negli ultimi 20 anni. Di questi composti di Heusler, un piccolo sottoinsieme ha la giusta simmetria cristallina per consentire la possibilità di formare anti-skyrmioni ma non skyrmioni. Utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione altamente sensibile presso il Max Planck Institute for Microstructure Physics, Halle, che è stato appositamente modificato per consentire il rilevamento di piccoli momenti magnetici, anti-skyrmioni sono stati creati e rilevati in un'ampia gamma di temperature e campi magnetici. Più importante, anti-skyrmions, sia in array ordinati che come oggetti isolati, potrebbe essere visto anche a temperatura ambiente e in campi magnetici nulli.

Le speciali proprietà di occultamento degli skyrmion li rendono di grande interesse per una forma radicalmente nuova di memoria a stato solido - la Racetrack Memory - proposta da Stuart Parkin un decennio fa. In Racetrack Memory i dati digitali sono codificati all'interno di pareti di domini magnetici che sono imballate strettamente all'interno di fili magnetici nanoscopici. Una delle caratteristiche uniche di Racetrack Memory, che è distinto da tutti gli altri ricordi, è che le pareti vengono spostate attorno ai nanofili stessi utilizzando recenti scoperte in spin-orbitronica. Impulsi di corrente molto brevi muovono tutte le pareti del dominio avanti e indietro lungo i nanofili. Le pareti - i bit magnetici - possono essere letti e scritti da dispositivi incorporati direttamente nei nanofili stessi, eliminando così eventuali parti meccaniche. Le pareti magnetiche topologicamente protette sono molto promettenti per Racetrack Memory.

Così, gli anti-skyrmion potrebbero arrivare presto su Racetrack Memory! Andando anche oltre gli anti-skyrmioni, il prossimo obiettivo è la realizzazione di una terza classe di skyrmioni - gli skyrmioni antiferromagnetici - che sono minuscoli oggetti magnetici che in realtà non hanno momento magnetico netto. Sono magneticamente quasi invisibili ma hanno proprietà uniche che li rendono di grande interesse.