Onderzoek aan de Universiteit van Lund in Zweden heeft een nieuwe manier gevonden om magnetische deeltjes van nanogrootte te creëren met behulp van ultrasnelle laserlichtpulsen. De ontdekking kan de weg vrijmaken voor nieuwe en energiezuinigere technische componenten en bruikbaar worden in de kwantumcomputers van de toekomst.

Magnetische skyrmionen worden soms beschreven als magnetische wervels. In tegenstelling tot ferromagnetische toestanden - die voorkomen in conventionele magneten zoals kompassen en koelkastmagneten - is de skyrmion-toestand nogal eigenaardig:de oriëntatie van de magnetisatie wijst niet overal in het materiaal in dezelfde richting, maar kan in plaats daarvan het best worden omschreven als een soort wervelende magnetisme.

Skyrmionen zijn van groot belang voor zowel fundamenteel onderzoek als de industrie, omdat ze kunnen worden gebruikt om compactere computergeheugens te vervaardigen. Dat is echter makkelijker gezegd dan gedaan. Het gebruik van skyrmionen voor technische doeleinden vereist efficiënte manieren om de deeltjes op korte tijdschalen en met hoge ruimtelijke precisie te schrijven, wissen en manipuleren.

In een nieuwe studie gepubliceerd in npj Computational Materials , hebben onderzoekers Claudio Verdozzi van de universiteit van Lund en Emil Viñas Boström en Angel Rubio van het Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg een nieuwe benadering gevonden.

"In onze studie hebben we theoretisch laten zien hoe het mogelijk is om aan een van deze vereisten te voldoen, namelijk hoe magnetische skyrmionen in ultrakorte tijdschalen kunnen worden gemaakt met behulp van pulsen van laserlicht", zegt Claudio Verdozzi, natuurkundig onderzoeker aan de Universiteit van Lund. .

Het onderzoeksteam heeft een microscopisch mechanisme geïdentificeerd dat een experimenteel protocol verklaart waarvan is aangetoond dat het nuttig is bij het creëren van de vreemde skyrmions. Met behulp van femtoseconde laserpulsen - lichtpulsen die een miljoenste van een miljardste van een seconde duren - toonden de onderzoekers aan dat het mogelijk is om ultrasnel skyrmionen te creëren.

"Onze resultaten zijn van groot belang voor het maken van meer energie-efficiënte technische componenten. Ons onderzoek toont aan dat licht kan worden gebruikt om gelokaliseerde magnetische excitaties in zeer korte tijdschalen te manipuleren", zegt Claudio Verdozzi.

Er zijn een aantal toepassingen waartoe de nieuwe ontdekking kan leiden, waaronder kwantumtechnologie - een gebied waar kwantummechanische eigenschappen worden gebruikt om extreem geavanceerde berekeningen op te lossen die traditionele computers niet aankunnen. Magnetische excitaties zoals skyrmionen en zogenaamde spingolven zouden ook kunnen helpen het energieverbruik in technologische componenten te verminderen en zo toekomstige klimaatdoelen te helpen bereiken.

"Skyrmions zijn in focus voor zowel theoretisch als experimenteel onderzoek dankzij hun technologisch potentieel. Bovendien hebben hun exotische magnetische patronen een conceptueel en wiskundig mooie aantrekkingskracht die ze erg interessant maakt", besluit Claudio Verdozzi. + Verder verkennen

Deterministisch geïntegreerde manipulatie van magnetische skyrmionen bereikt in nanogestructureerde apparaten