Quando i ricercatori utilizzano un microscopio ottico Kerr per ingrandire film sottili di materiale magnetico, date le giuste condizioni, osservano una sorta di uragano magnetico su microscala. I fisici chiamano queste strutture magnetiche vorticose skyrmions. L'idea è di utilizzare questo fenomeno per dispositivi di archiviazione o elaborazione dati. Per tali applicazioni, deve essere sfruttato il movimento dei mini-vortici, che a loro volta agiscono come particelle autonome o cosiddette quasi-particelle.

Gli skyrmion possono muoversi sia per gli effetti della temperatura che per le correnti elettriche. Mentre sono necessarie "spinte" più potenti per alcune applicazioni, il movimento termico casuale è desiderabile per altre, come nell'informatica non convenzionale.

Pinning:quando gli skyrmion incontrano la "corsa ad ostacoli"

I film di materiale sottilissimo in cui si possono osservare gli skyrmion non sono mai perfetti. Di conseguenza, questi piccoli vortici magnetici possono rimanere bloccati, un effetto noto come pinning. Nella maggior parte dei casi, sono così presi da non essere in grado di scappare. È come cercare di far rotolare una pallina sulla superficie di un vecchio tavolo coperto di graffi e sgorbie. Il suo percorso verrà deviato e se c'è una rientranza abbastanza grande, la palla si blocca semplicemente. Quando gli skyrmion vengono intrappolati in questo modo, pone delle sfide, in particolare per quanto riguarda le applicazioni che si basano sul movimento termico delle quasi-particelle. Il blocco può portare all'arresto completo di questo movimento.

Capire i fondamenti del pinning

"Ho usato un microscopio Kerr per studiare gli skyrmioni di appena un micrometro di dimensione o, per essere più precisi, il loro comportamento di blocco", ha affermato Raphael Gruber, dottorando e membro del team di ricerca del professor Mathias Kläui presso la Johannes Gutenberg University Magonza (JGU). Ci sono già un certo numero di teorie su come si verifica l'effetto. La maggior parte di loro si concentra sull'osservazione degli skyrmion nel loro insieme; in altre parole, si concentrano sul movimento dei loro centri. Ci sono stati anche alcuni studi sperimentali, ma in presenza di un forte appuntamento in cui gli skyrmion non sono affatto in grado di muoversi.

"Le mie indagini si basano su un debole blocco che consente agli skyrmion di muoversi un po' e continuare a saltare finché non vengono catturati da qualche altra parte", ha spiegato Gruber. I suoi risultati forniscono nuovi interessanti spunti. "Gli Skyrmion non cadono come palline in una buca", ha detto il fisico sperimentale. "Quello che succede è che si attacca a qualcosa sulla sua superficie." I risultati corrispondenti sono stati recentemente pubblicati su Nature Communications .

Anche il capo del gruppo di ricerca, il professor Mathias Kläui, è lieto delle nuove scoperte, che sono il risultato di molti anni di collaborazione con gruppi di fisica teorica:"Sotto l'egida del programma prioritario Skyrmionics finanziato dalla Fondazione tedesca per la ricerca e dallo Spin+X Centro di ricerca collaborativa, abbiamo studiato la dinamica delle strutture di spin insieme ai nostri omologhi che lavorano nel campo della fisica teorica.Sono lieto di dire che questa collaborazione molto produttiva, soprattutto anche tra i laureati nei gruppi coinvolti, ha generato questi affascinanti risultati ."

Il Dr. Peter Virnau, che dirige un gruppo di fisica teorica a Magonza, ha dichiarato:"Gli Skyrmion sono un aspetto relativamente nuovo nella mia ricerca... Sono felice che i nostri metodi numerici possano contribuire a una migliore comprensione dei dati sperimentali". + Esplora ulteriormente

Vortici magnetici in spazi ristretti