De wereld van vandaag, snel veranderen door "big data", is ingekapseld in biljoenen kleine magnetische objecten - magnetische bits - die elk één bit gegevens opslaan in magnetische schijfstations. Een groep wetenschappers van de Max Planck-instituten in Halle en Dresden heeft een nieuw soort magnetisch nano-object ontdekt in een nieuw materiaal dat zou kunnen dienen als een magnetisch bit met verhullende eigenschappen om een ​​magnetische schijf te maken zonder bewegende delen - een racebaan Geheugen - een realiteit in de nabije toekomst.

De meeste digitale gegevens worden in de cloud opgeslagen als magnetische bits in enorme aantallen magnetische schijfstations. In de afgelopen decennia zijn deze magnetische bits met vele orden van grootte gekrompen, grenzen bereiken waar de grenzen van deze magnetische gebieden speciale eigenschappen kunnen hebben. In sommige speciale materialen kunnen deze grenzen - "magnetische domeinmuren" - als topologisch worden omschreven. Wat dit betekent is dat deze muren kunnen worden beschouwd als een speciale magische mantel - wat door wetenschappers wordt aangeduid als "topologische bescherming". Een belangrijk gevolg is dat dergelijke magnetische wanden stabieler zijn tegen verstoringen dan vergelijkbare magnetische bits zonder topologische bescherming die worden gevormd in conventionele magnetische materialen. Dus, deze "topologische" magnetische objecten kunnen vooral handig zijn voor het opslaan van "1" en "0" s, de basiselementen van digitale gegevens.

Een zo'n object is een "magnetisch skyrmion", een klein magnetisch gebied, misschien tientallen tot honderden atomen breed, gescheiden van een omringend magnetisch gebied door een chirale domeinwand. Tot voor kort is er slechts één type skyrmion gevonden waarin het wordt omgeven door een chirale domeinmuur die in alle richtingen dezelfde vorm aanneemt. Maar er zijn voorspellingen gedaan van verschillende andere soorten skyrmionen die nog niet zijn waargenomen. Nu in een paper gepubliceerd in Natuur , wetenschappers van de NISE-afdeling van Prof. Stuart Parkin aan het Max Planck Institute for Microstructure Physics in Halle, Duitsland, hebben een tweede klasse skyrmionen gevonden, wat "anti-skyrmionen" worden genoemd, in materialen gesynthetiseerd in Prof. Claudia Felser's Solid State Chemistry Department aan het Max Planck Instituut voor CPFS, Dresden, Duitsland.

De wetenschappers uit Halle en Dresden hebben deze kleine magnetische objecten gevonden in een speciale klasse van veelzijdige magnetische verbindingen, Heusler-verbindingen genaamd, die Claudia Felser en haar collega's de afgelopen 20 jaar uitgebreid hebben onderzocht. Van deze Heusler-verbindingen, een kleine subset heeft precies de juiste kristalsymmetrie om de mogelijkheid te bieden om anti-skyrmionen te vormen, maar geen skyrmionen. Met behulp van een zeer gevoelige transmissie-elektronenmicroscoop aan het Max Planck Institute for Microstructure Physics, Halle, die speciaal is aangepast om de detectie van kleine magnetische momenten mogelijk te maken, anti-skyrmionen werden gecreëerd en gedetecteerd over een breed scala van temperaturen en magnetische velden. Het belangrijkste is, anti-skyrmions, zowel in geordende arrays als als geïsoleerde objecten, zelfs bij kamertemperatuur en in magnetische velden van nul te zien.

De speciale verhullende eigenschappen van skyrmions maken ze van groot belang voor een radicaal nieuwe vorm van solid-state geheugen - het Racetrack Memory - dat tien jaar geleden door Stuart Parkin werd voorgesteld. In Racetrack Memory worden digitale gegevens gecodeerd binnen magnetische domeinmuren die dicht opeengepakt zijn in nanoscopische magnetische draden. Een van de unieke kenmerken van Racetrack Memory, die zich onderscheidt van alle andere herinneringen, is dat de muren rond de nanodraden zelf worden verplaatst met behulp van recente ontdekkingen in spin-orbitronica. Zeer korte stroompulsen bewegen alle domeinwanden heen en weer langs de nanodraden. De muren - de magnetische bits - kunnen worden gelezen en geschreven door apparaten die rechtstreeks in de nanodraden zelf zijn ingebouwd, waardoor mechanische onderdelen worden geëlimineerd. Topologisch beschermde magneetwanden zijn veelbelovend voor Racetrack Memory.

Dus, anti-skyrmions kunnen binnenkort naar Racetrack Memory komen! Als we verder gaan dan anti-skyrmionen, is het volgende doel de realisatie van een derde klasse van skyrmionen - antiferromagnetische skyrmionen - dit zijn kleine magnetische objecten die eigenlijk geen netto magnetisch moment hebben. Ze zijn magnetisch bijna onzichtbaar, maar hebben unieke eigenschappen die ze van groot belang maken.