We bereiken de grenzen van de mogelijkheden van silicium op het gebied van gegevensopslagdichtheid en snelheid van geheugenapparaten. Een van de potentiële gegevensopslagelementen van de volgende generatie is het magnetische skyrmion. Een team van het Centrum voor gecorreleerde elektronensystemen, binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea), in samenwerking met de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China, hebben de ontdekking van kleine en ferro-elektrisch afstembare skyrmionen gemeld. Gepubliceerd in Natuurmaterialen , dit werk introduceert nieuwe overtuigende voordelen die skyrmion-onderzoek een stap dichter bij toepassing brengen.

Het is de bedoeling dat het opslaan van geheugen op skyrmionen - stabiele magnetische verstoringen van wervelende spins (magnetische momenten) - sneller zou zijn om te lezen en te schrijven, verbruiken minder energie, en genereren minder warmte dan de huidige magnetische tunnelknooppunten. In toekomstige geheugen- en logische apparaten, 1 en 0 bits zouden overeenkomen met het bestaan ​​en niet-bestaan ​​van een magnetisch skyrmion, respectievelijk. Hoewel er in laboratoria talloze skyrmion-systemen zijn ontdekt, het is nog steeds een hele uitdaging om beheersbare, nanometergrote skyrmionen voor onze technologische behoeften.

In dit onderzoek, ontdekten de onderzoekers dat skyrmionen met een diameter kleiner dan 100 nanometer zich spontaan vormen in ultradun materiaal, bestaande uit een laag bariumtitanaat (BaTiO ₃ ) en een laag strontiumruthenaat (SrRuO ₃ ). Onder 160 Kelvin (-113 Celsius), SrRuO ₃ is ferromagnetisch, wat betekent dat de spins uniform op een parallelle manier zijn uitgelijnd. Als de twee lagen over elkaar heen liggen, echter, een speciale magnetische interactie wervelt SrRuO ₃ de spins, het genereren van magnetische skyrmionen. Een dergelijke eigenaardige magnetische structuur werd gedetecteerd onder 80 Kelvin (-193 Celsius) met behulp van magnetische krachtmicroscopie en Hall-metingen.

In aanvulling, door de ferro-elektrische polarisatie van de BaTiO . te manipuleren ₃ laag, het team was in staat om de dichtheid en thermodynamische stabiliteit van de skyrmionen te veranderen. De modulatie is niet-vluchtig (het blijft bestaan ​​​​wanneer de stroom wordt uitgeschakeld), omkeerbaar, en nanoschaal.

"Magnetische skyrmionen en ferro-elektriciteit zijn twee belangrijke onderzoeksthema's in de fysica van de gecondenseerde materie. Ze worden meestal afzonderlijk bestudeerd, maar we hebben ze samengebracht, " legt Lingfei Wang uit, eerste auteur van de studie. "Deze correlatie biedt een ideale gelegenheid om de hoge afstembaarheid van gevestigde ferro-elektrische apparaten met de superieure voordelen van skyrmionen te integreren in geheugen- en logische apparaten van de volgende generatie."