Fig. 1:Illustrazione di uno skyrmione magnetico con un diametro di pochi nanometri in un film di cobalto atomicamente sottile. I piccoli coni colorati rappresentano i "magneti atomici" di ogni atomo di cobalto. Credito:S. Meyer, Uni Kiel
Dalla loro scoperta sperimentale, gli skyrmioni magnetici, minuscoli nodi magnetici, sono entrati al centro della ricerca. Scienziati di Amburgo e Kiel sono ora in grado di dimostrare che i singoli skyrmioni magnetici con un diametro di pochi nanometri possono essere stabilizzati in pellicole metalliche magnetiche anche senza un campo magnetico esterno. Riferiscono la loro scoperta nel diario Comunicazioni sulla natura .
L'esistenza di skyrmioni magnetici come oggetti simili a particelle è stata prevista 30 anni fa da fisici teorici, ma potrebbe essere provato solo sperimentalmente nel 2013. Skyrmioni con un diametro da micrometri a pochi nanometri sono stati scoperti in diversi sistemi di materiali magnetici. Sebbene possano essere generati su una superficie di pochi atomi e manipolati con correnti elettriche, mostrano un'elevata stabilità contro le influenze esterne. Questo li rende potenziali candidati per l'archiviazione di dati futuri o dispositivi logici. Per essere competitivi per le applicazioni tecnologiche, però, gli skyrmion non devono essere solo molto piccoli, ma anche stabile senza campo magnetico applicato.
I ricercatori delle università di Amburgo e Kiel hanno compiuto un passo importante in questa direzione. Sulla base di calcoli numerici di meccanica quantistica effettuati sui supercomputer della North-German Supercomputing Alliance (HLRN), i fisici di Kiel furono in grado di prevedere che i singoli skyrmioni con un diametro di pochi nanometri sarebbero apparsi in un sottile strato atomico, film ferromagnetico di cobalto (vedi Fig. 1). "La stabilità dei nodi magnetici in questi film è dovuta a un'insolita competizione tra diverse interazioni magnetiche, "dice Sebastian Meyer, dottorato di ricerca studente nel gruppo di ricerca del Prof. Stefan Heinze presso l'Università di Kiel.
Fig. 2:Misurazione al microscopio a effetto tunnel della superficie del campione, uno skyrmion magnetico può essere riconosciuto qui come un anello d'oro. Credito:A. Kubetzka, Università di Amburgo
Questa previsione è stata successivamente confermata dai ricercatori di Amburgo intorno alla dott.ssa Kirsten von Bergmann utilizzando la microscopia a effetto tunnel a scansione ad alta risoluzione. Le misure a bassa temperatura di Marco Perini, dottorato di ricerca studente nel gruppo di ricerca del Prof. Dr. Roland Wiesendanger, mostrano skyrmioni magnetici nei film di cobalto preparati senza che sia necessario applicare un campo magnetico esterno (vedi Fig. 2). "Finora, i singoli skyrmioni sono stati quasi sempre generati da campi magnetici. Nei nostri film metallici gli skyrmioni si verificano spontaneamente, " spiega Kirsten von Bergmann. "Per future applicazioni nell'elettronica di spin, gli skyrmioni non devono essere solo stabili a temperature estremamente basse, come nei film metallici indagati, ma anche a temperatura ambiente. Per realizzare questo prossimo passo verso l'applicazione, la competizione tra le diverse interazioni magnetiche che si trovano qui può dare un contributo importante".
