I vortici magnetici del diametro di pochi nanometri avvengono in un sottile film di palladio e ferro (fondo, i coni rappresentano i singoli atomi della superficie e puntano nella direzione dei magneti atomici). La resistenza, misurata con una sonda metallica vicino alla superficie cambia all'interno dello skyrmion rispetto a ciò che lo circonda (in alto, dati sperimentali attraverso uno skyrmion, vedi pubblicazione originale). Il cambiamento di resistenza è continuo e diventa più forte, quando l'inclinazione tra i magneti atomici vicini è maggiore, in questo caso nel centro skyrmion. Credito:Hanneken, Università di Amburgo
Attualmente, minuscoli vortici magnetici - i cosiddetti skyrmion - sono discussi come candidati promettenti per i bit in futuri dispositivi di archiviazione dati robusti e compatti. All'Università di Amburgo è stato recentemente scoperto che queste strutture magnetiche esotiche esistono in strati magnetici ultrasottili e multistrati, simili a quelli utilizzati negli attuali dischi rigidi e sensori magnetici. Però, fino ad ora era necessario un magnete aggiuntivo per la lettura degli skyrmioni. Ora i ricercatori dell'Università di Amburgo e della Christian-Albrechts-Universität di Kiel hanno dimostrato che gli skyrmioni possono essere rilevati molto più facilmente a causa di un drastico cambiamento della resistenza elettrica in questi vortici magnetici. Per i futuri concetti di archiviazione dei dati, ciò promette una significativa semplificazione in termini di fabbricazione e funzionamento.
Vortici stabili nei materiali magnetici (vedi figura) sono stati previsti oltre 25 anni fa, ma la realizzazione sperimentale è stata raggiunta solo di recente. La scoperta di tali skyrmioni in sottili film magnetici e multistrati, già utilizzato nella tecnologia odierna, e la possibilità di spostare questi skyrmioni a densità di corrente elettrica molto basse, ha aperto la prospettiva di usarli come bit in nuovi dispositivi di memorizzazione dei dati.
Finora i singoli vortici magnetici sono stati rilevati mediante microscopia elettronica o mediante la variazione di resistenza in un contatto di tunnel con una sonda magnetica. Utilizzando un microscopio a scansione a effetto tunnel, i ricercatori dell'Università di Amburgo sono stati ora in grado di dimostrare che la resistenza cambia anche quando viene utilizzato un metallo non magnetico in tale misurazione. "Nel nostro esperimento possiamo spostare una punta metallica su una superficie con una precisione su scala atomica, e in questo modo possiamo misurare la resistenza in diverse posizioni in uno skyrmion' dice Christian Hanneken, uno studente di dottorato nel gruppo del Prof. Roland Wiesendanger. Ciò consente la prova della resistenza variabile localmente all'interno del vortice magnetico. 'Abbiamo riscontrato un cambiamento di resistenza fino al 100%, consentendo un semplice schema di rilevamento per skyrmions', come spiega la dottoressa Kirsten von Bergmann.
In collaborazione con fisici teorici dell'Università di Kiel i ricercatori sono riusciti a identificare l'origine del cambiamento di resistenza nel vortice magnetico:è dovuto all'inclinazione tra i magneti atomici da un atomo all'altro (vedi figura). Maggiore è l'angolo tra i magneti atomici adiacenti, più forte è la variazione della resistenza elettrica. 'Gli elettroni hanno una rotazione, e quindi interagiscono con strutture magnetiche', afferma il prof. Stefan Heinze dell'Università di Kiel. Quando gli elettroni viaggiano attraverso un vortice magnetico, sentono il canting tra i magneti atomici, portando ad un cambiamento di resistenza locale del materiale. "Siamo stati in grado di comprendere questo effetto eseguendo ampie simulazioni numeriche al computer delle proprietà elettroniche e abbiamo sviluppato un modello semplice per questo effetto", come spiega il dottorando Fabian Otte.
In applicazioni future questo effetto appena scoperto potrebbe essere sfruttato per leggere i bit skyrmionic in modo semplice. La possibilità di utilizzare elettrodi metallici arbitrari semplifica notevolmente la fabbricazione e il funzionamento di tali nuovi dispositivi di memorizzazione.
