Osservazione della struttura polare ordinata. un, B, Immagini TEM in campo oscuro in sezione trasversale di un tristrato (SrTiO3)16/(PbTiO3)16/(SrTiO3)16 (a) e un superreticolo [(SrTiO3)16/(PbTiO3)16]8 (b), rivelando una modulazione regolare nel piano di circa 8 nm. C, D, L'imaging STEM in campo scuro con vista planare mostra la diffusa presenza di caratteristiche rotonde e allungate di dimensioni nanometriche in un tristrato (SrTiO3)4/(PbTiO3)11/(SrTiO3)11 (c) e solo caratteristiche circolari in un [(SrTiO3) 16/(PbTiO3)16]8 superreticolo (d) lungo le direzioni [100] e [010]. Gli studi STEM sono stati ripetuti in un minimo di 10 campioni separati e le osservazioni erano ripetibili. inserti, La FFT delle immagini in c e d mostra una distribuzione ad anello con intensità più forti lungo le direzioni cubiche, la stessa caratteristica vista negli studi RSM. Credito: Natura (2019). DOI:10.1038/s41586-019-1092-8
Un team internazionale di ricercatori ha scoperto un modo per creare e osservare gli skyrmioni polari a temperatura ambiente. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Natura , il gruppo descrive la creazione degli skyrmioni polari e le loro osservazioni. Pavlo Zubko, con il London Centre for Nanotechnology, ha pubblicato un articolo su News and Views sul lavoro svolto dal team nello stesso numero della rivista.
Zubko descrive gli skyrmions come "piccoli vortici di momenti magnetici, " e osserva che sono state fatte molte ricerche con loro perché sono molto utili nelle applicazioni di archiviazione dei dati. Ma osserva anche che trovare versioni elettriche degli skyrmioni è stato un viaggio difficile. Questo potrebbe cambiare, però, poiché i ricercatori con questo nuovo sforzo riportano un modo per creare e osservare almeno un tipo di skyrmion a base elettrica:lo skyrmion polare.
Zubko osserva che i ricercatori hanno iniziato con l'osservazione che ferroelettrici e ferromagnetici, pur essendo molto diverso, hanno alcune proprietà di base simili:la magnetizzazione e la polarizzazione spontanee sono solo un esempio. Suggerisce che è questa proprietà che rende entrambi un tale vantaggio per le applicazioni di archiviazione dei dati. Nota anche che gli scienziati stanno cercando da tempo la polarizzazione nei ferroelettrici che ruotano in un modo che potrebbe portare alla creazione di skyrmioni. Il lavoro precedente ha dimostrato che quando i ferroelettrici sono confinati su scala nanometrica, diventano più sensibili alle sollecitazioni e ai campi elettrici, che può alterare l'orientamento polare e lasciare il posto ai dipoli. In tali scenari, piccole regioni di dipoli con lo stesso orientamento possono formarsi spontaneamente e quelle regioni avranno muri di confine che le separano dalle altre regioni.
Simulazione di un singolo skyrmion polare. Le frecce rosse indicano che si tratta di uno skyrmion mancino. Le altre frecce rappresentano la distribuzione angolare dei dipoli. Credito:Xiaoxing Cheng, Università statale della Pennsylvania; C.T. Nelson, Laboratorio Nazionale di Oak Ridge; e Ramamoorthy Ramesh, Berkeley Lab
La scoperta della ricerca finanziata dall'esercito può consentire lo sviluppo di nuove strutture di dispositivi che possono essere utilizzate per migliorare logica/memoria, rilevamento, comunicazioni, e altre applicazioni per l'esercito e l'industria. L'immagine mostra per la prima volta la simulazione della chiralità emergente negli skyrmioni polari nei superreticoli di ossido. Credito:Xiaoxing Cheng, Università statale della Pennsylvania; C.T. Nelson, Laboratorio Nazionale di Oak Ridge; e Ramamoorthy Ramesh, Università della California, Berkeley
Nel loro lavoro, i ricercatori hanno notato che le pareti del dominio avevano componenti di polarizzazione perpendicolari a quelle che risiedevano accanto a loro. Hanno scoperto che è bastato avvolgere un muro di dominio tra le regioni per forzare lo sviluppo di un anello di polarizzazione, che ha portato alla creazione di bolle - skyrmioni polari. Il team ha quindi utilizzato un microscopio elettronico in grado di mostrare lo spostamento atomico per osservare gli skyrmioni. Riferiscono inoltre che la diffrazione dei raggi X degli skyrmioni ha mostrato loro di avere una chiralità macroscopica. Zubko suggerisce che sarà necessario fare molto più lavoro con gli skyrmion per scoprire se funzioneranno con le applicazioni del mondo reale, come i dispositivi di memoria da pista.
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