Natuurkundigen bereikten een robuust en betrouwbaar magnetisatieschakelproces door domeinwandverplaatsing zonder toegepaste velden. Het effect wordt waargenomen in kleine asymmetrische permalloy-ringen en kan de weg vrijmaken voor uiterst efficiënte nieuwe geheugenapparaten. De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling toegepast , gemarkeerd als een suggestie van de redactie.

Om magnetische herinneringen te construeren, elementen met twee stabiele magnetisatietoestanden zijn nodig. Veelbelovende kandidaat voor dergelijke magnetische elementen zijn kleine ringetjes, meestal in de orde van enkele micrometers, met de klok mee of tegen de klok in magnetisatie als de twee toestanden. Helaas, direct schakelen tussen die twee toestanden vereist een cirkelvormig magnetisch veld dat niet gemakkelijk te bereiken is.

Schakelen in asymmetrische nanoringen

Maar dit probleem kan worden opgelost, zoals aangetoond door een team van wetenschappers van verschillende instellingen in Duitsland, waaronder Helmholtz-Zentrum Berlin:als het gat in de ring enigszins is verplaatst, waardoor de ring aan één kant dunner wordt, een eenvoudige, uniaxiale magnetische veldpuls van enkele nanoseconden kan schakelen tussen de twee mogelijke "vortextoestanden" die worden gebruikt voor gegevensopslag (met de klok mee en tegen de klok in).

Een korte magneetveldpuls is voldoende

De wetenschappers registreerden de tijdsevolutie van de magnetisatiedynamiek van het apparaat bij de Maxymus-Beamline bij BESSY II met behulp van in de tijd opgeloste röntgenmicroscopie tijdens en nadat de korte magnetische veldpuls was toegepast. Ze observeerden hoe de magneetveldpuls in een eerste stap naar een tussenliggende "uientoestand" in de ring leidt. Deze toestand wordt gekenmerkt door twee domeinmuren, waar verschillende magnetisatiezones elkaar ontmoeten. Nadat de externe veldpuls is verdwenen, deze domeinmuren bewegen naar elkaar toe en vernietigen, wat resulteert in een stabiele tegengestelde magnetisatie van de ring "vortex toestand".

Zeer snel proces voor spintronica

"Onze metingen laten de automotion van domeinwanden zien met een gemiddelde snelheid van ongeveer 60 m/s. Dit is erg snel voor spintronische apparaten bij nul toegepast veld", Dr. Mohamad-Assaad Mawass, hoofdauteur van de publicatie in Fysieke beoordeling toegepast , wijst erop. Mawass heeft al aan deze experimenten gewerkt voor zijn doctoraat aan de Johannes Gutenberg Universiteit Mainz (groep van Prof. Kläui) in een gezamenlijk project met het Max Planck Instituut voor intelligent systeem in Stuttgart (Schütz-afdeling). Daarna zette hij zijn onderzoek voort als postdoc research Scientist bij X-PEEM beamline bij de HZB.

Details van waargenomen beweging van de domeinmuur

Een andere observatie betreft het effect van de gedetailleerde topologische aard van de muren in het vernietigingsproces. Volgens de resultaten, dit effect beïnvloedt de dynamiek alleen op lokale schaal waar muren een aantrekkelijke of afstotende interactie ervaren zodra ze heel dicht bij elkaar komen zonder de vernietiging van muren door automotion te remmen. "De inertie van de domeinmuur en de opgeslagen energie, in het systeem, stelt de muren in staat om zowel de lokale extrinsieke pinning als de topologische afstoting tussen DW's met hetzelfde kronkelende nummer te overwinnen", aldus Mawass. "We denken een robuust en betrouwbaar schakelproces te hebben geïdentificeerd door automotion van domeinwanden in ferromagnetische ringen", Mawass stelt. "Dit zou de weg kunnen effenen voor verdere optimalisatie van deze apparaten."