Magneten en magnetische verschijnselen liggen ten grondslag aan de overgrote meerderheid van de moderne gegevensopslag, en de meetschalen voor onderzoek gericht op magnetisch gedrag blijven krimpen met de rest van de digitale technologie. Skyrmion, bijvoorbeeld, zijn een soort nanomagneet, bestaat uit een spin-gecorreleerd ensemble van elektronen die werken als een topologische magneet op bepaalde microscopische oppervlakken. De precieze eigenschappen, zoals spinoriëntatie, van dergelijke nanomagneten kunnen informatie opslaan. Maar hoe kunt u deze nanomagneten naar believen verplaatsen of manipuleren om de gewenste gegevens op te slaan?

Nieuw onderzoek van een Duits-VS. samenwerking toont nu een dergelijk lees-/schrijfvermogen aan met behulp van uitbarstingen van elektronen, het coderen van topologische energiestructuren die robuust genoeg zijn voor potentiële toepassingen voor gegevensopslag. Zoals de groep deze week meldt in Technische Natuurkunde Brieven , de magnetisatie van deze ensemble-excitaties, of quasideeltjes, wordt gecontroleerd door het profiel van de elektronenpulsen aan te passen, variërend van het totale aantal elektronen of hun breedte in de ruimte.

"Het werk laat zien hoe magnetisatie van magneten op nanoschaal kan worden gestuurd door intense ultrakorte elektronenpulsen, " zei Alexander Schäffer, een doctoraatsstudent aan de Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg in Halle, Duitsland, en hoofdauteur van het artikel. "Experimenten bij SLAC hebben al de ultieme snelheidslimiet van magnetisch schakelen aangetoond met dit schema. Hier laten we zien dat op maat gemaakte elektronenpulsen snel kunnen schrijven, wis of verwissel topologisch beschermde magnetische texturen zoals skyrmionen."

Tot dusver, Schäffer zegt dat er maar een paar gerealiseerde toepassingen van deze skyrmionen zijn, die relatief nieuw zijn in de voorhoede van de vastestoffysica, maar hun eigenschappen en de huidige onderzoekscapaciteiten maken ze rijp voor technologieën van de volgende generatie.

"In de traditie van het veld van spindynamica in nanostructuren, Ik waardeer nog steeds het idee van niet-vluchtige (langetermijn) geheugenapparaten, zoals de gemeenschap van spintronica ook nastreeft, " zei hij. "De mooie wisselwerking tussen het wiskundige concept van topologische energiebarrières en de fysieke transporteigenschappen van skyrmionen, die zeer mobiel zijn, zijn de opvallende aspecten voor mij."

Deze magnetische excitaties zijn niet alleen controleerbaar, maar de resultaten van het team bevestigen veel van de dynamische inzichten die de theorie biedt. Bovendien, hun resultaten demonstreren potentieel voor het bereiken van vergelijkbare topologische ladingstranscriptie door middel van laserpulsen, waarvan de lagere en massavrije energie een aantal praktische voordelen biedt.

"Deze quasideeltjes zijn robuust tegen externe verstoringen, en zijn daarom meestal moeilijk te manipuleren, en hebben een groot potentieel voor toepassingen in gegevensopslag en computergebruik, " zei Schäffer. "Ik was positief verrast over de mooie overeenstemming tussen experiment, analyses en numerieke resultaten, wat mij een goed gevoel gaf om op deze weg verder te gaan. Een tweede punt was de bevinding dat texturen kunnen worden geschreven met een veel lagere bundelintensiteit met behulp van strak gefocuste elektronenpulsen. Dit brengt hun technologische exploitatie binnen handbereik, aangezien de vereiste ultrasnelle elektronenmicroscopie-opstelling met hoge energie momenteel wordt ontwikkeld bij SLAC en andere plaatsen wereldwijd."

Deze belangrijke stap leent zich voor veel meer in de evolutie van het geavanceerde onderzoek van deze generatie naar de harde schijven van de volgende generatie. Terwijl ze voortbouwen op hun onderzoek, Schäffer en zijn medewerkers zijn op een aantal manieren op zoek naar bredere toepasbaarheid.

"Verdere ontwikkeling in de opstellingen is nodig om skyrmionische structuren op uitgebreide films te kunnen schrijven, waar we geen winst kunnen maken met geometrische opsluitingen zoals in de nanoschijven, " Zei Schäffer. "De volgende stappen zijn veelvoudig. Natuurlijk, een experimentele realisatie is waar we samen met onze experimentele collega's naar streven, vooral de vraag hoe goed het schakelgedrag tussen verschillende topologische toestanden door onze berekeningen kan worden gedekt. Een volledige simulatie van met laser bestraalde TEM van magnetische monsters is op dit moment een van onze grote doelen."