nanovortici magnetici, i cosiddetti "skyrmions", annoverare tra i candidati più promettenti per il futuro dell'informatica. I processori e i supporti di memorizzazione che utilizzano queste minuscole strutture potrebbero un giorno portare all'ulteriore miniaturizzazione dei dispositivi IT e migliorare significativamente la loro efficienza energetica. I materiali che possiedono vortici adatti possono essere identificati in particolare dalla loro carica topologica, una caratteristica essenziale degli skyrmioni. Determinare sperimentalmente questa proprietà è stato finora un processo molto laborioso. I fisici di Jülich hanno ora proposto un metodo più semplice che potrebbe accelerare lo screening di materiali idonei, usando i raggi X.

Il momento magnetico di un atomo ha due contributi, la parte di rotazione, che deriva dall'allineamento del momento angolare di spin intrinseco degli elettroni, e la parte orbitale, correlata al moto orbitale coordinato degli elettroni. La prima è la sorgente dominante del momento magnetico degli atomi in un solido, mentre quest'ultimo si trova solitamente quando è attivo l'accoppiamento spin-orbita. Però, alcuni anni fa si è scoperto che, anche senza accoppiamento spin-orbita, un momento orbitale può essere finito. Per far sì che ciò accada, devono essere combinati almeno tre atomi magnetici, formando un trimero con una struttura magnetica non collineare e non planare.

Un team di fisici teorici dell'Istituto Jülich "Quantum Theory of Materials" (PGI-1/IAS-1) ha ora analizzato l'effetto in dettaglio per tali trimeri magnetici, ed esaminò le conseguenze per gli skyrmioni. Gli scienziati propongono un protocollo su come sondare questo contributo al magnetismo orbitale, e inoltre, come utilizzarlo per rilevare e distinguere diversi tipi di skyrmioni. "Una delle quantità più importanti che caratterizzano lo skyrmion è la carica topologica, noto anche come 'numero skyrmion'", spiega il dottor Manuel dos Santos Dias, Postdoc nel Gruppo Giovani Investigatori dell'Istituto "Laboratorio di Sonda e Simulazione di Struttura Nanoscala Funzionale" (Funsilab). "Una misurazione diretta della carica topologica è stata difficile, poiché richiede una mappa dettagliata della struttura magnetica tridimensionale o la ricerca di determinate firme negli esperimenti di trasporto. Perciò, solo pochissimi esperimenti sono stati fatti. Ultimamente hanno attirato l'attenzione anche Skyrmion con una struttura interna più ricca, e il nostro protocollo proposto consente naturalmente la sua determinazione sperimentale".

giugno-prof. Samir Lounis, responsabile di Funsilab, aggiunge:"Proponiamo un approccio spettroscopico utilizzando il dicroismo circolare magnetico a raggi X per misurare questa quantità in modo rapido ed efficiente. La tecnica potrebbe essere implementata in qualsiasi sincrotrone che copre il regime dei raggi X molli".