Сайт о нанотехнологиях #1 в РоссииФизики переключили скирмионы-мишени
Группа физиков впервые экспериментально получила скирмионы-мишени, устойчивые даже при отсутствии внешнего магнитного поля. В статье, опубликованной в Physical Review Letters, ученые показали, что у таких скирмионов есть два устойчивых состояния, переключаться между которыми можно как раз с помощью магнитного поля.
Для повышения устойчивости скирмионов — наноразмерных магнитных вихрей, которые возникают в некоторых магнитных материалах — обычно используется внешнее магнитное поле. В недавних теоретических работах ученые предсказывали возможность образования в нанодисках из таких материалов необычных скирмионов — скирмионов-мишеней (target-skyrmions), — в которых сам круговой скирмион окружен дополнительным кольцом из спинов, закрученных в противоположном направлении. Поскольку поле внешнего кольца противоположно полю самого скримиона, то такое образование устойчиво даже без внешнего поля. Такие скирмионы, в отличие от всех остальных, имеют два устойчивых состояния с разными направлениями магнитных вихрей, и поэтому они могут быть использованы для создания запоминающих устройств. Тем не менее, экспериментально такие скирмионы до настоящего дня получить не удавалось.
Спиновая структура скирмионов-мишеней с двумя различными направлениями вихрей. F. Zheng et al./ Physical Review Letters, 2017
Группа физиков из США и Китая под руководством Цзядуна Цзана (Jiadong Zang) из Университета Нью-Гэмпшира и Хайфэна Ду (Haifeng Du) из Китайского университета науки и технологий смогла впервые получить скирмионы-мишени экспериментально и визуализировала изменение их конфигураций при изменении внешнего магнитного поля. Для этого с использованием сфокусированного пучка электронов физики создали нанодиски из хирального магнитного материала FeGe диаметром 160 нанометров и толщиной около 90 нанометров в матрице состава PtCx.
Чтобы проследить за динамикой изменения вихревых магнитных структур в таких дисках при увеличении внешнего поля до 500 миллитесла, авторы работы использовали внеосевую электронную голографию. Оказалось, что при отсутствии внешнего магнитного поля в таком нанодиске действительно формируется скирмион-мишень, в котором вихревая спиновая структура закручена либо по часовой стрелке, либо против.
Намагниченность скирмионов-мишеней двух возможных конфигураций. F. Zheng et al./ Physical Review Letters, 2017
Поскольку направление закрученности вихря зависит от направления спинов в центре скирмиона, внешнее магнитное магнитное поле можно использовать для изменения состояния скирмиона. Так, при увеличении поля до примерно 200 миллитесла у скирмиона, изначально закрученного по часовой стрелке, происходит постепенное перестроение конфигурации, и направление вихря сменяется на противоположное.
При этом одинаковое поле на скирмионы двух типов действует по-разному. Если направление внешнего поля совпадает с направление намагниченности в центре скирмиона, то это приводит лишь к небольшому искажению его структуры и постепенному разрушению. Если же направления противоположные, то внешнее поле становится причиной смены состояния.
Данные электронной голографии при изменении состояния скирмиона первого типа при наложении внешнего магнитного поля. F. Zheng et al./ Physical Review Letters, 2017
Данные электронной голографии при изменении состояния скирмиона второго типа при наложении внешнего магнитного поля. F. Zheng et al./ Physical Review Letters, 2017
В процессе «переключения» в качестве промежуточных стадий образуются сложные структуры, состоящие из нескольких концентрических колец с чередующимся направлением магнитных вихрей, что согласуется с теоретическими расчетами и данными численного моделирования. Таким образом ученым удалось показать, что создание скирмионов с двумя устойчивыми состояниями возможно и без внешнего магнитного поля, а также предложили способ для их переключения. По словам авторов работы, полученные результаты подтверждает перспективность использования магнитных скирмионов для хранения информации.
Ранее физики показали, что возбуждать и удалять скирмионы можно, например, с помощью механического воздействия. А для изменения их формы и положения внутри кристалла можно использовать с бомбардировку ионами аргона.
Автор: Александр Дубов
- Источник(и):
- Войдите на сайт для отправки комментариев
