Uno studio di simulazione condotto da ricercatori del RIKEN Center for Emergent Matter Science ha dimostrato la fattibilità dell'uso dei laser per creare e manipolare vortici magnetici su scala nanometrica. La capacità di creare e controllare questi "skyrmion" potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi di archiviazione delle informazioni basati su skyrmion.

Le informazioni che consumiamo e con cui lavoriamo sono codificate in forma binaria (come '1 o '0') commutando le caratteristiche del supporto di memoria tra due stati. Man mano che ci avviciniamo ai limiti di prestazioni e capacità dei supporti di memoria convenzionali, i ricercatori stanno guardando verso la fisica esotica per sviluppare la prossima generazione di memorie magnetiche.

Uno di questi fenomeni esotici è lo skyrmion, uno stabile, caratteristica magnetica simile a un vortice su scala nanometrica caratterizzata da un momento magnetico in costante rotazione. Teoricamente, la presenza o l'assenza di uno skyrmion in qualsiasi posizione in un supporto magnetico potrebbe essere utilizzata per rappresentare gli stati binari necessari per la memorizzazione delle informazioni. Però, i ricercatori hanno trovato difficile creare e annientare in modo affidabile gli skyrmioni sperimentalmente a causa della difficoltà di sondare la meccanica di questi processi in ogni dettaglio. La sfida sta nella tempistica incredibilmente breve di questi processi, che a solo un decimo di nanosecondo è fino a un miliardo di volte più breve della scala temporale osservabile al microscopio di Lorentz utilizzato per misurare le proprietà magnetiche.

Gli autori dello studio, Wataru Koshibae e Naoto Nagaosa, ha cercato una soluzione a questo problema costruendo un modello computazionale che simula il riscaldamento di un materiale ferromagnetico con laser puntuali (Fig. 1). Questo riscaldamento localizzato crea sia skyrmioni che "antiskyrmioni". Le simulazioni, basato sulla fisica nota per questi sistemi, hanno mostrato che le caratteristiche degli skyrmioni dipendono fortemente dall'intensità e dalla dimensione dello spot del laser. Ulteriore, manipolando questi due parametri, è possibile controllare le caratteristiche dello skyrmion come il tempo di creazione e la dimensione.

"Il calore porta al movimento casuale degli spin magnetici, " spiega Nagaosa. "Abbiamo quindi trovato sorprendente che il riscaldamento locale creasse un oggetto ordinato topologicamente non banale, figuriamoci strutture composite di skyrmions e antiskyrmions" La questione del controllo è ciò che differenzia queste strutture.

Nagaosa crede che, poiché gli skyrmion sono abbastanza stabili, queste caratteristiche su scala nanometrica potrebbero essere utilizzate come supporto di informazioni se è possibile ottenere un mezzo affidabile per crearle a piacimento. Il lavoro di Koshibae e Nagaosa potrebbe quindi costituire la base per lo sviluppo di dispositivi di memoria all'avanguardia. Il lavoro fornisce anche preziose informazioni sulla creazione di particelle topologiche, che è fondamentale per far progredire le conoscenze in molte altre aree della fisica.