Piccole spirali di magnetismo chiamate skyrmioni potrebbero essere utilizzate come supporti dati ad altissima densità energetica.

Jarvis Loh, Gan Chee Kwan e Khoo Khoong Hong dell'Agenzia per la scienza, Istituto di tecnologia e ricerca (A*STAR) di calcolo ad alte prestazioni, Singapore, hanno modellato queste minuscole spirali di spin in strati di cristalli nanoscopici. Hanno scoperto che strati alternati di siliciuro di manganese (MnSi) e siliciuro di cobalto (CoSi) formano un'architettura materiale promettente.

"Gli Skyrmion sono entità nanometriche, solo decine di nanometri, quindi mantengono la promessa di una maggiore densità di archiviazione rispetto alla tecnologia attuale, " disse Gan.

L'archiviazione basata su skyrmion rappresenterebbe dati binari come "1" e "0" come spirali di rotazione in senso orario e antiorario, rispettivamente. Gli Skyrmion possono migliorare l'efficienza energetica in quanto possono essere creati e manipolati con correnti significativamente inferiori a quelle richieste per la tecnologia convenzionale dei dischi rigidi magnetici.

Skyrmions era stato osservato sperimentalmente nel siliciuro di manganese, spingendo il team a esplorare simulazioni di siliciuro di manganese nella sua forma originaria e in combinazione con materiali simili.

Il team ha selezionato il siliciuro di cobalto perché il cobalto si trova vicino al manganese nella tavola periodica, e le sue caratteristiche reticolari simili significano che dovrebbe combinarsi bene con il siliciuro di manganese. Il cobalto ha anche forti proprietà magnetiche:è ferromagnetico.

Le simulazioni del team hanno mostrato che l'accoppiamento del siliciuro di cobalto con il siliciuro di manganese consente di progettare le spirali di rotazione nel siliciuro di manganese. "La cosa interessante è che ora possiamo variare la dimensione degli skyrmion in modo facile ed elegante, "Loh ha detto.

Nel centro dello skyrmion lo spin magnetico degli atomi è ruotato di 180 gradi rispetto allo spin sul suo bordo esterno; tra il bordo e il centro le rotazioni si inclinano progressivamente tra i due estremi. Fondamentale nella dimensione degli skyrmioni è la capacità del materiale di supportare un'elevata inclinazione relativa tra gli atomi vicini nel reticolo, che consente allo skyrmion di essere impacchettato in una spirale più piccola.

Il team ha scoperto che l'aggiunta di strati di siliciuro di cobalto agli strati di siliciuro di manganese ha aumentato la possibile inclinazione relativa. Tuttavia esiste un limite superiore:per gli strati di siliciuro di cobalto il doppio dello spessore del siliciuro di manganese, il materiale cessò di supportare skyrmioni e passò a un comportamento ferromagnetico più convenzionale.

Una delle attrattive degli skyrmions come supporto di archiviazione dati è la loro robustezza, dice Loh. "A differenza dell'attuale memoria magnetica, gli skyrmion sono resistenti ai difetti nel reticolo. Sono topologicamente protetti."

Il team prevede di applicare il proprio approccio di successo ad altre potenziali architetture, come i nanofili.