Ricercatori dell'Università di Augusta e dell'Università di Vienna hanno scoperto la coesistenza di skyrmion e antiskyrmion magnetici con carica topologica arbitraria a temperatura ambiente in film sottili multistrato magnetici di Co/Ni. I loro risultati sono stati pubblicati su Nature Physics e aprire la possibilità per un nuovo paradigma nella ricerca sulla skyrmionica.
La scoperta di nuovi oggetti di spin con carica topologica arbitraria promette di contribuire ai progressi nella ricerca fondamentale e applicata, in particolare attraverso la loro applicazione nei dispositivi di archiviazione delle informazioni.
Gli skyrmion magnetici sono strutture di spin magnetico topologico localizzate e stabili che ricordano un vortice simile a un tornado in un materiale magnetico. Possono essere molto piccoli, con diametri nell'ordine dei nanometri, e comportarsi come particelle che possono essere spostate, create e annientate, il che li rende adatti per applicazioni di tipo "abaco" nella memorizzazione di informazioni e nei dispositivi logici.
Nel loro articolo su Nature Physics , intitolato "Dipolar skyrmions and antiskyrmions of arbitrary topological charge at room temperature", un gruppo di ricercatori dell'Università di Augusta guidato dal Prof. Manfred Albrecht dimostra che questi oggetti con spin possono essere trovati solo in una tasca di fase distinta nel diagramma di stabilità dove il fattore di qualità Q ha un valore pari a circa 1, che è dato dal rapporto tra l'anisotropia magnetica uniassiale e l'anisotropia della forma magnetica.
Grazie alle simulazioni approfondite effettuate da Sabri Koraltan e colleghi del gruppo di simulazione dell'Università di Vienna, guidato dal Prof. Dieter Suess, e supportato dal Dr. Nikolai Kiselev del Forschungszentrum Jülich, i ricercatori sono stati anche in grado di identificare le ragioni esatte per cui lo spin gli oggetti possono essere trovati nel diagramma di stabilità, nel processo di formazione sottostante, nonché nelle proprietà materiali necessarie che ora possono essere applicate anche ad altri sistemi materiali.
"Siamo molto entusiasti delle interessanti scoperte ottenute dalla scoperta di questi oggetti di spin, che possono essere facilmente fabbricati a temperatura ambiente. Si tratta di un eccezionale progresso scientifico nel campo degli skyrmion e degli oggetti di spin topologici", afferma Albrecht. Queste texture di spin skyrmionico su scala nanometrica forniscono ulteriori gradi di libertà e possono essere incorporate in dispositivi a film sottile consentendo diverse applicazioni che vanno dall'elaborazione non convenzionale a nuovi concetti di archiviazione.
Un ulteriore aspetto molto essenziale degli oggetti con spin è che una corrente polarizzata con spin ne induce il movimento. Quando una corrente di carica passa attraverso un materiale magnetico conduttore, lo spin dell'elettrone polarizzato eserciterà una coppia sulla magnetizzazione nota come coppia di trasferimento di spin. Questa coppia può mettere in movimento gli skyrmion di ordine superiore.
"Utilizzando simulazioni micromagnetiche potremmo dimostrare l'efficiente controllo del movimento di questi straordinari oggetti con rotazione, il che apre ulteriori opportunità per i dispositivi skyrmionici", afferma Koraltan, un dottorando del gruppo computazionale dell'Università di Vienna.
Nello studio è stata ampiamente utilizzata la microscopia elettronica a trasmissione di Lorentz presso l'Università di Augusta, che è attualmente in fase di espansione per visualizzare il movimento indotto dalla corrente di questi oggetti con spin a carica multipla.
"Sarà molto interessante ricercare nel prossimo futuro fino a che punto le nostre previsioni sulle loro caratteristiche di movimento possano essere confermate sperimentalmente", afferma Mariam Hassan, ricercatrice post-dottorato presso l'Università di Augusta.
Ulteriori informazioni: Mariam Hassan et al, Skyrmioni e antiskyrmioni dipolari di carica topologica arbitraria a temperatura ambiente, Fisica naturale (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02358-z
Informazioni sul giornale: Fisica della Natura
Fornito dall'Università di Augusta
