Gli scienziati del Laboratorio Ames del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto le dinamiche di rilassamento di uno stato di campo zero negli skyrmioni, un fenomeno magnetico rotante che ha potenziali applicazioni nella memorizzazione dei dati e nei dispositivi spintronici.

Gli skyrmioni sono vortici o vortici su scala nanometrica di poli magnetici che formano reticoli all'interno di un materiale magnetico, un tipo di quasiparticella che può sfrecciare attraverso il materiale, spinto dalla corrente elettrica. Queste proprietà hanno catturato il fascino degli scienziati, che pensano che il fenomeno potrebbe portare al prossimo grande progresso nell'archiviazione dei dati, rendendo la tecnologia digitale ancora più veloce e più piccola.

Ci sono alcune grandi sfide da superare, però. Fino a poco tempo fa gli skyrmioni erano un fenomeno osservato solo a temperature estremamente basse. Anche, le forze magnetiche esterne li rendono attualmente poco pratici per le applicazioni.

"Per essere davvero utile in un dispositivo, questi vortici magnetici devono poter esistere senza "l'aiuto" di un campo magnetico esterno, " ha detto Lin Zhou, uno scienziato nella divisione di scienze e ingegneria dei materiali del laboratorio di Ames.

Con quello in mente, lei e altri ricercatori dell'Ames Laboratory hanno studiato FeGe, un materiale magnetico ferro-germanio che ha dimostrato fino ad oggi skyrmioni nelle più alte temperature in cristalli con un simile, o struttura B20.

Gli scienziati di Ames Lab con collaboratori esterni sono stati in grado di stabilire un reticolo di skyrmion in un campione attraverso l'esposizione a campi magnetici e il sottoraffreddamento con azoto liquido. Con un metodo di microscopia ad alta risoluzione chiamato microscopia elettronica a trasmissione di Lorentz (L-TEM), il team è stato in grado di osservare il reticolo skyrmion in campo magnetico zero, e poi osserva il decadimento degli skyrmioni mentre la temperatura si riscalda. Questa osservazione diretta ha prodotto nuove informazioni critiche su come si comportano gli skyrmioni e su come tornano a uno stato magnetico "normale" (quello che gli scienziati chiamano metastabile).

"Abbiamo stabilizzato questi skyrmion senza un campo magnetico, e le nostre tecniche di microscopia ci hanno permesso di vedere davvero come i vortici cambiano nel tempo, temperatura, e campo magnetico; pensiamo che fornisca una base molto solida per i teorici per comprendere meglio questo fenomeno, " Disse Zhu.

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento, "Dinamiche di rilassamento di Skyrmion a campo zero su un ampio intervallo di temperature, " scritto da Licong Peng, Ying Zhang, Liqin Ke, Tae Hoon Kim, Qiang Zheng, Jiaqiang Yan, X.-G. Zhang, Yang Gao, Shouguo Wang, Jianwang Cai, Boagen Shen, Robert J. McQueeney, Adam Kaminski, Matteo J. Kramer, e Lin Zhou; e pubblicato in Nano lettere .