Gli skyrmioni magnetici offrono la promessa della memoria di nuova generazione e delle tecnologie informatiche, come dispositivi di memoria cache e cloud computing. Ora i ricercatori di A*STAR hanno sviluppato una tecnica innovativa per creare skyrmioni sintonizzabili che potrebbe aiutare a sbloccare il loro potenziale.

Scoperto solo di recente, gli skyrmion sono minuscole strutture che si formano in materiali magnetici e si comportano come particelle magnetiche su nanoscala. Ciò significa che possono auto-organizzarsi in matrici o reticoli ordinati, e può essere creato, mosso, e cancellati utilizzando correnti elettriche. Per diventare una tecnologia praticabile, però, richiede la capacità di modulare queste proprietà e di ottenere la loro rilevazione elettrica in condizioni ambientali.

Ciò ha portato Anjan Soumyanarayanan e colleghi dell'A*STAR Data Storage Institute e Institute of High Performance Computing, in collaborazione con la Nanyang Technological University, Singapore e Lawrence Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti, sviluppare una tecnica innovativa per realizzare film ultrasottili per ospitare skyrmioni sintonizzabili.

"Il nostro obiettivo iniziale era capire la formazione degli skyrmion, stabilire la loro rilevazione elettrica, e controllarne le proprietà fisiche, " spiega Soumyanarayanan. "Ora stiamo esaminando gli skyrmioni in dispositivi su scala nanometrica per il loro potenziale come bit nelle applicazioni di memoria".

Utilizzando una tecnica chiamata magnetron sputtering, un processo in cui gli atomi vengono espulsi da un materiale sorgente e quindi depositati su un substrato, i ricercatori hanno fabbricato un film ultrasottile con strati sequenziali di iridio, ferro da stiro, cobalto, e platino su un substrato di silicio.

Sfruttando i grandi e opposti segni dell'interazione magnetica chirale tra le interfacce iridio-ferro e cobalto-platino, denominata interazione Dzyaloshinskii-Moriya, ha permesso al team di stabilire una piattaforma per skyrmioni di dimensioni nanometriche. E variando lo spessore degli strati, il team è stato in grado di modulare le proprietà fisiche, come la dimensione, densità, e stabilità degli skyrmioni.

"La piattaforma ci consente di controllare direttamente le interazioni magnetiche che governano le proprietà dello skyrmione semplicemente variando lo spessore degli strati costituenti, e fornisce configurazioni skyrmion su misura per i requisiti specifici di una gamma di diverse applicazioni, "dice Soumyanarayanan.

Il lavoro ha dimostrato, per la prima volta, il rilevamento elettrico di skyrmioni ambientali, e potrebbe portare a tecnologie informatiche e di memoria basate su skyrmion stabili e altamente scalabili, ha spiegato Soumyanarayanan. Questi potrebbero quindi essere facilmente integrati nei microchip utilizzando i processi di produzione esistenti comunemente utilizzati nell'industria elettronica.

"I nostri prossimi passi saranno stabilizzare gli skyrmioni in nanostrutture a campo magnetico zero, e per dimostrare la loro lettura e scrittura elettrica in dispositivi elettronici, "dice Soumyanarayanan.