Gli (anti)skyrmioni magnetici sono vortici microscopici che si trovano in classi speciali di materiali magnetici. Questi nano-oggetti potrebbero essere utilizzati per ospitare dati digitali per la loro presenza o assenza in una sequenza lungo una banda magnetica. Un team di scienziati degli istituti Max Planck (MPI) di Fisica delle Microstrutture a Halle e di Fisica Chimica dei Solidi a Dresda e della Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) ha ora osservato che skyrmioni e antiskyrmioni possono coesistere determinando la possibilità di espandere le proprie capacità nei dispositivi di archiviazione. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .

Con i volumi sempre crescenti di dati digitali provenienti dal crescente numero di dispositivi, la domanda di capacità di archiviazione dei dati è aumentata notevolmente negli ultimi anni. Le tecnologie di storage convenzionali faticano a tenere il passo. Allo stesso tempo, il consumo energetico sempre crescente di questi dispositivi, dischi rigidi (HDD) e memorie ad accesso casuale (RAM), è in contrasto con un panorama energetico "verde". Sono necessari dispositivi completamente nuovi che abbiano maggiori prestazioni con un consumo energetico drasticamente ridotto.

Una proposta promettente è il dispositivo di memorizzazione della memoria della pista magnetica. Consiste di strisce magnetiche nanoscopiche (le piste) in cui i dati sono codificati in nano-oggetti magnetici, tipicamente dalla loro presenza o assenza in determinate posizioni. Un possibile nano-oggetto è un (anti)skyrmion magnetico:si tratta di un vortice di magnetizzazione estremamente stabile con una dimensione che può variare da micrometri a nanometri. Questi oggetti possono essere scritti e cancellati, leggi e, più importante, mosso dalle correnti, consentendo quindi di utilizzare la pista senza parti in movimento. "Impilando diversi circuiti, uno sopra l'altro, per creare un dispositivo di archiviazione della memoria innatamente tridimensionale, la capacità di archiviazione può essere drasticamente aumentata rispetto alle unità a stato solido e persino alle unità disco rigido. Inoltre, un tale dispositivo di memoria da pista funzionerebbe a una frazione del consumo energetico dei dispositivi di memorizzazione convenzionali. sarebbe molto più veloce, e sarebbe molto più compatto e affidabile, " spiega il professor Stuart Parkin, direttore dell'MPI di Fisica delle Microstrutture ad Halle e Alexander von Humboldt Professore all'MLU.

"Skyrmion e antiskyrmion sono vortici magnetici 'opposti'. Tuttavia, fino a poco tempo fa, si credeva che questi due oggetti distinti potessero esistere solo in diverse classi di materiali." spiega la prof.ssa Ingrid Mertig dell'istituto di fisica dell'MLU. Il gruppo di ricerca degli istituti Max Planck di Halle e Dresda e dell'MLU ha ora scoperto che gli antiskyrmioni e gli skyrmioni possono coesistere in determinate condizioni nello stesso materiale. Dr. Börge Göbel, un membro del gruppo di ricerca di Mertig, fornito la spiegazione teorica per le osservazioni sperimentali inaspettate che sono state effettuate da Jagannath Jena nel gruppo di Parkin. I materiali monocristallini misurati, composti di Heusler, sono stati preparati dal Dr. Vivek Kumar nel gruppo della Prof.ssa Claudia Felser presso l'MPI di Dresda.

Skyrmioni e antiskyrmioni sono stabilizzati in diversi materiali da un'interazione magnetica che è direttamente legata alla struttura del materiale ospite. In alcuni materiali si possono formare solo skyrmioni, mentre in altri materiali, gli antiskyrmioni sono energeticamente preferiti da questa interazione. Però, ciò che è stato precedentemente trascurato è che i singoli magneti in ciascun materiale (i "dipoli magnetici") interagiscono anche in modo significativo tra loro tramite la loro interazione dipolo-dipolo. Questa interazione preferisce sempre gli skyrmion. Per questa ragione, anche i "materiali antiskyrmion" possono esibire skyrmion (ma non viceversa). Ciò avviene preferibilmente quando si abbassa la temperatura. A una temperatura di transizione critica, i due oggetti distinti coesistono.

Oltre alla sua fondamentale rilevanza, questa scoperta consente una versione avanzata della memorizzazione dei dati della memoria della pista, dove una sequenza di bit potrebbe, Per esempio, essere codificato da una sequenza di skyrmioni (bit '1') e antiskyrmioni (bit '0'). Questo concetto sarebbe più affidabile dei circuiti convenzionali.