Magnetische skyrmionen bieden de belofte van de volgende generatie geheugen- en computertechnologieën, zoals cachegeheugenapparaten en cloud computing. Nu hebben A*STAR-onderzoekers een innovatieve techniek ontwikkeld om afstembare skyrmions te maken die hun potentieel kunnen helpen ontsluiten.

Pas onlangs ontdekt, skyrmionen zijn kleine structuren die worden gevormd in magnetische materialen en zich gedragen als magnetische deeltjes op nanoschaal. Dit betekent dat ze zichzelf kunnen organiseren in geordende arrays of roosters, en kan worden gemaakt, verhuisd, en gewist met behulp van elektrische stromen. Om een ​​levensvatbare technologie te worden, echter, vereist het vermogen om deze eigenschappen te moduleren en om hun elektrische detectie onder omgevingsomstandigheden te bereiken.

Dit leidde Anjan Soumyanarayanan en collega's van het A*STAR Data Storage Institute en Institute of High Performance Computing, in samenwerking met de Nanyang Technological University, Singapore en Lawrence Berkeley National Laboratory in de Verenigde Staten, om een ​​innovatieve techniek te ontwikkelen voor het maken van ultradunne films voor het hosten van afstembare skyrmions.

"Ons eerste doel was om de vorming van skyrmionen te begrijpen, hun elektrische detectie vaststellen, en hun fysieke eigenschappen beheersen, " legt Soumyanarayana uit. "We onderzoeken nu skyrmionen in apparaten op nanoschaal op hun potentieel als bits in geheugentoepassingen."

Door een techniek te gebruiken die magnetronsputteren wordt genoemd - een proces waarbij atomen uit een bronmateriaal worden uitgeworpen en vervolgens op een substraat worden afgezet - vervaardigden de onderzoekers een ultradunne film met opeenvolgende lagen iridium, ijzer, kobalt, en platina op een siliciumsubstraat.

Gebruikmakend van de grote en tegengestelde tekenen van de chirale magnetische interactie tussen de iridium-ijzer- en kobalt-platina-interfaces, aangeduid als de Dzyaloshinskii-Moriya-interactie, stelde het team in staat een platform op te zetten voor skyrmionen op nanoschaal. En door de dikte van de lagen te variëren, het team was in staat om de fysieke eigenschappen te moduleren, zoals de grootte, dichtheid, en stabiliteit van de skyrmions.

"Het platform stelt ons in staat om de magnetische interacties die de eigenschappen van skyrmion bepalen direct te controleren door simpelweg de dikte van de samenstellende lagen te variëren, en biedt skyrmion-configuraties die zijn afgestemd op de specifieke vereisten van een reeks verschillende toepassingen, ', zegt Soumyanarayanan.

Het werk gedemonstreerd, Voor de eerste keer, de elektrische detectie van skyrmionen in de omgeving, en zou kunnen leiden tot stabiele en zeer schaalbare op skyrmion gebaseerde geheugen- en computertechnologieën, legde Soumyanarayanan uit. Deze kunnen vervolgens eenvoudig worden geïntegreerd in microchips met behulp van bestaande productieprocessen die vaak worden gebruikt in de elektronica-industrie.

"Onze volgende stappen zullen zijn om de skyrmionen in nanostructuren te stabiliseren bij een magnetisch veld van nul, en om hun elektrisch lezen en schrijven in elektronische apparaten te demonstreren, ', zegt Soumyanarayanan.