Metingen in het Australian Centre for Neutron Scattering hebben geholpen om de opstelling van magnetische wervels te verduidelijken, bekend als skyrmions, in mangaansilicide (MnSi).

Een skyrmion is de kleinst mogelijke verandering in een uniforme magneet:een puntachtig gebied van omgekeerde magnetisatie, omgeven door een wervelende draai van spins.

De magnetische configuratie trekt de aandacht als een potentiële gegevensdrager in geheugenapparaten van de volgende generatie.

Een groep onderzoekers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science in Japan heeft ontdekt dat een magnetisch veld kan worden gebruikt om een ​​groep skyrmionen heen en weer te schakelen tussen twee verschillende roosteropstellingen, demonstreert het soort controle dat nodig is voor geavanceerde geheugenapparaten.

De studie is gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang .

De atomen in bepaalde materialen dragen hun eigen intrinsieke magnetisme, waarbij elk atoom werkt als een staafmagneet. Wanneer deze miniatuurmagneten in kleine wervelende patronen worden geveegd, ze vormen samen skyrmionen die zich gedragen als discrete deeltjes.

Het vormt zich alleen in magneten waarin de interactie van spins de voorkeur geeft aan een magnetische structuur met chirale symmetrie, zoals een draai die links- of rechtshandig is.

circulair zijn, skyrmions pakken meestal samen in een driehoekig rooster.

Taro Nakajima en Hiroshi Oike van RIKEN en collega's onderzochten hoe dit skyrmion-rooster gemanipuleerd kan worden in mangaansilicide.

Over het algemeen, Skyrmion-roosters verschijnen in dit materiaal alleen binnen een smal bereik van temperaturen en magnetische velden. "Dat maakt de roosters te kwetsbaar om te herschikken, ' zei Nakajima.

Het team onderzocht een robuuster skyrmion-rooster door elektrische pulsen op het materiaal toe te passen bij 12,5 kelvin (K) en een magnetisch veld van 0,2 tesla (T).

De pulsen verhitten het materiaal snel, waardoor skyrmionen worden gevormd in een venster van stabiliteit tussen 27 en 29 K.

Het monster koelde snel af, de skyrmionen opsluiten in een driehoekig rooster dat stabiel was over een veel groter bereik van temperaturen en magnetische velden.

De onderzoekers koelden het monster vervolgens af tot 1,5 K en gebruikten kleine hoek neutronenverstrooiing (SANS) op het QUOKKA-instrument om te begrijpen hoe het skyrmion-rooster veranderde onder verschillende magnetische velden.

Bij magnetische velden onder 0,1 T, het rooster herschikt in een vierkant patroon dat alleen stabiel was binnen een relatief beperkt bereik van zeer lage temperaturen en magnetische velden. Door het veld te verhogen tot 0,2 T deed het driehoekige rooster herrijzen.

"Op QUOKKA was het mogelijk om veranderingen in het skyrmion-rooster in situ te meten wanneer een elektrische stroom werd aangelegd onder verschillende magnetische velden, " zei instrumentwetenschapper Dr. Elliot Gilbert, en co-auteur van de publicatie.

Hoewel SANS de deeltjesachtige eigenschappen van skyrmionen niet direct ziet, de patronen kunnen worden geïnterpreteerd om informatie te verschaffen over de pakking van de deeltjes.

De onderzoekers suggereren dat deze roosterovergangen worden beïnvloed door oneffenheden, of anisotropie, in het onderliggende magnetisme van de mangaanatomen in het materiaal.

Bij lage magnetische velden en temperaturen, deze anisotropie laat de skyrmionen gedeeltelijk overlappen, dichter bij elkaar komen om een ​​vierkante roosteropstelling aan te nemen.

Dit effect zou ook in andere materialen kunnen voorkomen, aldus het onderzoeksteam.

"Onze experimenten hebben aangetoond dat de skyrmionen inderdaad een deeltjeskarakter hebben in bulkkristallen, ' zegt Nakajima.

"Deze zullen naar verwachting van toepassing zijn op toekomstige magnetische geheugenapparaten waarin elk skyrmion-deeltje zich als informatiedrager gedraagt."