In un esperimento che potrebbe aiutare lo sviluppo di nuovi dispositivi spintronici a basso consumo energetico, i ricercatori del RIKEN e collaboratori hanno utilizzato calore e campi magnetici per creare trasformazioni tra le strutture di spin - vortici magnetici e antivortici noti come skyrmion e antiskyrmion - in un singolo cristallo sottile dispositivo a piastra. È importante sottolineare che hanno raggiunto questo obiettivo a temperatura ambiente.
Skyrmion e antiskyrmion, che sono strutture che esistono all'interno di speciali materiali magnetici che coinvolgono lo spin degli elettroni nel materiale, sono un'area attiva di ricerca, poiché potrebbero essere utilizzati per dispositivi di memoria di prossima generazione, ad esempio, con skyrmion che agiscono come un "1" bit e Antiskyrmion un bit "0".
In passato, gli scienziati sono riusciti a spostarli in vari modi e a creare trasformazioni tra loro utilizzando la corrente elettrica. Tuttavia, poiché gli attuali dispositivi elettronici consumano energia elettrica e producono calore di scarto, i ricercatori del gruppo, guidato da Xiuzhen Yu presso il RIKEN Center for Emergent Matter Science, hanno deciso di vedere se potevano trovare un modo per creare le trasformazioni utilizzando i gradienti di calore.
Secondo Yu, "Poiché circa due terzi dell'energia prodotta da centrali elettriche, automobili, inceneritori e fabbriche viene sprecata sotto forma di calore, abbiamo pensato che sarebbe stato importante provare a creare trasformazioni tra skyrmion e antiskyrimions, cosa che è stata fatta in precedenza. utilizzando la corrente elettrica, utilizzando il calore."
Per eseguire la ricerca, ora pubblicata su Nature Communications , i ricercatori hanno utilizzato un fascio di ioni focalizzati, un sistema di fabbricazione estremamente preciso, per creare un microdispositivo dal magnete monocristallino (Fe0,63 Ni0,3 Pd0,07 )3 P, composto da atomi di ferro, nichel, palladio e fosforo, e poi ha utilizzato la microscopia a scansione di Lorentz, un metodo avanzato per esaminare le proprietà magnetiche dei materiali su scala molto piccola.
Ciò che hanno scoperto è che quando un gradiente di temperatura veniva applicato al cristallo contemporaneamente a un campo magnetico, a temperatura ambiente, gli antiskyrmion al suo interno si trasformavano prima in bolle non topologiche - una sorta di stato di transizione tra skyrmion e antiskyrmion - e poi in skyrmion. , poiché il gradiente di temperatura è stato aumentato. Rimasero poi in configurazione stabile come skyrmion anche quando il gradiente termico fu eliminato.
Questo risultato era coerente con le aspettative teoriche, ma un secondo risultato ha sorpreso il gruppo. Secondo Fehmi Sami Yasin, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Yu, "Siamo rimasti sorpresi di scoprire anche che quando il campo magnetico non veniva applicato, il gradiente termico portava a una trasformazione da skyrmion ad antiskyrmion, che rimanevano anch'essi stabili all'interno del materiale."
"Ciò che è molto interessante in questo", continua, "è che questo significa che potremmo usare un gradiente termico - fondamentalmente utilizzando il calore di scarto - per guidare una trasformazione tra skyrmion e antiskyrmion, a seconda che venga applicato o meno un campo magnetico. è particolarmente significativo il fatto che siamo riusciti a farlo a temperatura ambiente. Ciò potrebbe aprire la strada a un nuovo tipo di dispositivi di archiviazione delle informazioni come i dispositivi di memoria non volatile che utilizzano il calore di scarto."
Secondo Yu, "Siamo molto entusiasti della sua scoperta e prevediamo di continuare il nostro lavoro per manipolare skyrmion e antiskyrmion in modi nuovi e più efficienti, compreso il controllo termico del movimento dell'antiskyrmion, con l'obiettivo di costruire veri e propri dispositivi termospintronici e altri dispositivi spintronici. che potrebbero essere utilizzati nella nostra vita quotidiana. Per realizzare dispositivi migliori dobbiamo esplorare a fondo vari design e geometrie dei dispositivi."
Ulteriori informazioni: Fehmi Sami Yasin et al, Trasformazioni di texture di spin topologiche guidate dalla corrente termica e commutazione elicoidale del vettore q, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42846-7
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
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