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主题

磁性和自旋

磁性和自旋

弱电流跟踪微小的磁性天文

Skyrmion跟踪
电流驱动的天空运动。 (由XZ Yu提供)

磁性天体是具有漩涡状结构的准粒子,作为下一代计算机存储器和逻辑设备的存储位显示出很大的希望,但是跟踪其运动绝非易事。日本RIKEN紧急物质科学中心的研究人员现在已经成功地使用小电流脉冲对它们进行了追踪-这一发展使基于Skyrmions的现实设备更加接近现实。

可以将Skyrmion视为材料中的2D结(或“旋转纹理”),其中磁矩在平面内旋转360°。它们存在于许多结构中,尤其是磁性薄膜和多层结构,并且非常小,只有几十纳米宽。

因为天rm比现代磁盘驱动器中使用的磁畴小得多,并且还具有抵抗外部干扰的能力,因此被认为是未来磁数据存储技术(例如“跑道”存储器)的理想构建基块。在这些设备中,自旋电流(由具有相反自旋方向相反方向移动的电子组成)用于将磁畴“推”通过磁读/写头。天体离子可以替代磁畴并充当替代信息载体(“1”在1和0的二进制系统中)

但是,存在一个缺点,即在不使用大电流的情况下很难测量天体。这是因为它们的尺寸小,使它们结晶成能量稳定的密堆积六角形晶格,很难使之结晶。

利用直升机磁铁

在他们的实验中,由 于秀珍 研究了锗化铁(FeGe)薄膜。该材料是磁性的,但在通常的铁磁意义上不是这样,即每个畴内的所有磁矩都沿相同方向排列。取而代之的是,它是日磁的,这意味着在其磁畴内的磁矩以螺旋或螺旋模式排列。这些不寻常的模式使磁矩遵循螺旋模式,从而更容易操纵磁体中的天体。

Yu及其同事首先在其FeGe膜上刻出一个方形缺口,以在缺口的拐角附近产生局部自旋电流。为了在薄膜中产生然后清除单个的天空碎片和天空碎片团,研究人员首先沿相对于其缺口薄膜的一个方向施加电流脉冲,然后向相反的方向施加电流脉冲。然后,使用称为Lorentz透射电子显微镜的技术记录结果,他们发现了材料中的一个点,可以隔离单个天体(尺寸仅为80 nm),并根据拓扑霍尔等已知过程记录了它们的移动方式影响。当沿着薄导电片材施加电压而垂直于其表面施加磁场时,会发生这种效果。

相对较低的电流

研究人员用来在FeGe中产生和移动天体离子的电流非常微弱,约为109 上午2,比传统磁畴壁硬盘驱动器所需的驱动器低一千倍。

于说:“我们的结果表明,有可能使用相对较低的电流来操纵和跟踪单个天体离子和天体离子晶体(其中包含许多涡旋,因此很难移动)。” “这种检测对于基于这些粒子的实际应用是重要的一步,因为它与基于skyrmion的逻辑设备中的读取过程相对应。”

团队成员,他们在 科学进步,例如,他们现在正在开发FeGe薄膜的双层系统,该系统可以容纳组合的天空碎片,这可能更易于检测。于说:“我们也渴望在室温下跟踪纳米结构等一维结构中的天体,这将模仿跑道结构。” 物理世界。 “这里的挑战将是纳米制造和设备设计。”

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者