Scienziati dell'Ames Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno scoperto che gli skyrmioni, un tipo di quasiparticella con proprietà che potrebbero portare alla prossima generazione di archiviazione e trasferimento di dati, si riproducono per scissione in un modo molto simile alla divisione cellulare biologica.

Gli skyrmioni sono vortici magnetici su nanoscala, un tipo di quasiparticelle guidate da una corrente elettrica ultrabassa. Come quasiparticella, non hanno massa reale, tuttavia formano uno schema periodico molto simile alla disposizione simmetrica degli atomi all'interno di un cristallo, o reticolo cristallino.

"Per integrare gli skyrmion nei dispositivi futuri, la scienza deve avere una comprensione accurata del loro meccanismo di formazione", ha affermato Lin Zhou, uno scienziato che impiega tecniche di microscopia all'avanguardia per misurare le proprietà magnetiche locali nei materiali presso la Sensitive Instrument Facility del laboratorio di Ames. "In questa ricerca, abbiamo dimostrato direttamente che il cristallo skyrmion cresce da una fase magnetica conica nello stesso modo in cui i veri nanocristalli crescono dalla soluzione."

A differenza di quelle strutture cristalline reali, però, gli skyrmioni possono annientare le imperfezioni nel reticolo mediante auto-scissione (simile alla riproduzione cellulare), una sorta di processo di autoguarigione che non è mai stato descritto prima.

Per comprendere la fisica che controlla il meccanismo di crescita osservato dal team, gli scienziati hanno combinato la simulazione micromagnetica con un metodo a stringhe per studiare la forza di interazione ei percorsi di transizione tra i vari stati di spin.

"Abbiamo scoperto che esiste una forza di interazione competitiva repulsiva e attrattiva tra gli skyrmioni nella fase conica che governa la crescita del reticolo di skyrmioni simile a particelle". disse Liqin Ke, uno scienziato all'Ames Laboratory. "E, abbiamo scoperto che il meccanismo di auto-scissione è energeticamente più favorevole della nucleazione e della crescita di un nuovo skyrmione all'interno del reticolo difettoso".

Zhou ha detto che l'intuizione potrebbe portare a un migliore controllo e manipolazione degli skyrmioni, che potrebbe aiutare a guidare la progettazione di dispositivi per l'archiviazione e il trasferimento dei dati ad alta densità ed efficienza energetica.

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento, "Meccanismi di Skyrmion e formazione di cristalli Skyrmion dalla fase conica, " pubblicato in Nano lettere .