Credito:Università di Tohoku
La materia si comporta diversamente quando è piccola. Alla nanoscala, la corrente elettrica taglia montagne di particelle, trasformandoli in vortici che possono essere usati intenzionalmente nell'informatica quantistica. Le particelle si dispongono in una mappa topologica, ma le linee si confondono quando gli elettroni si fondono in quasiparticelle indistinguibili con proprietà di spostamento. Il trucco sta nell'imparare a controllare tali materiali mutevoli.
Per la prima volta, i ricercatori hanno dato uno sguardo microscopico a questo processo. Il team internazionale ha ora pubblicato i risultati l'11 luglio. 2019 in Fisica delle comunicazioni , un Natura rivista.
In alcuni materiali conduttivi, come il silicio di manganese (MnSi), le quasiparticelle possono accumularsi in uno skyrmion magnetico con una forma e un movimento simili a vortici. Lo skyrmion crea un reticolo di punti di connessione all'interno del cristallo MnSi.
"Gli skyrmioni magnetici hanno attirato l'interesse a causa del potenziale per le applicazioni di spintronica, " disse Taku Sato, autore dello studio e professore presso l'Istituto di ricerca multidisciplinare per i materiali avanzati dell'Università di Tohoku.
La spintronica si riferisce all'elettronica teorica che si basa non solo sullo stato di carica di una corrente, ma anche sulle caratteristiche degli elettroni per trasferire e immagazzinare informazioni quantistiche.
"Il primo passo per realizzare tali applicazioni spintroniche di skyrmion potrebbe essere il controllo della corrente elettrica del flusso di skyrmion, " disse Sato. "Una volta creato, lo skyrmion non può quasi mai essere annientato. Inoltre si accoppia fortemente al flusso di corrente elettrica, il che significa che ci vuole pochissima corrente per spostare il sistema."
Illustrazione schematica degli skyrmioni magnetici in MnSi. Le frecce rappresentano i momenti magnetici in MnSi. Le frecce rosse indicano che i momenti corrispondenti hanno componenti fuori piano negativi, mentre quelli blu positivi. Credito:D. Okuyama, Università di Tohoku
Riflessioni magnetiche dal reticolo skyrmion in MnSi. Credito:D. Okuyama, Università di Tohoku
I ricercatori ipotizzano che il reticolo magnetico dello skyrmion si muova nella stessa direzione con la direzione della corrente elettrica applicata. Vicino al bordo del campione, avviene la deformazione plastica del reticolo magnetico-skyrmion, con conseguente comportamento controrotante delle riflessioni magnetiche dello skyrmione. Credito:D. Okuyama, Università di Tohoku
Per capire come la corrente elettrica influenza i cambiamenti dello skyrmione magnetico sotto una corrente elettrica, i ricercatori hanno utilizzato un metodo chiamato scattering di neutroni a piccolo angolo. Hanno alimentato un raggio di neutroni attraverso un cristallo di MnSi, facendo reagire le particelle di skyrmion:i neutroni si disperdono letteralmente contro e intorno ai componenti del sistema di skyrmion. Il modo in cui si disperdono racconta ai ricercatori del sistema.
In questo caso, i ricercatori hanno visto che la struttura reticolare dello skyrmion era deformata, causando il cambiamento del movimento del vortice dello skyrmion. Hanno anche visto che i bordi dello skyrmion erano significativamente disturbati, quasi come se stesse spingendo contro se stessa. Sato attribuisce questo a quelli che ha chiamato "bordi appuntati". Lo skyrmion potrebbe spingersi contro i suoi limiti più estremi, causando attrito.
"Un tale effetto di attrito non è stato segnalato fino ad oggi per quanto ne sappiamo, " Ha detto Sato. "Si tratta di informazioni chiave fondamentali per la progettazione realistica del dispositivo spintronico che utilizza i sikrmioni magnetici".
Sato e il suo team hanno in programma di investigare ulteriormente la dinamica degli skyrmioni magnetici con l'obiettivo finale di sviluppare dispositivi spintronici.
