Een simulatiestudie door onderzoekers van het RIKEN Center for Emergent Matter Science heeft de haalbaarheid aangetoond van het gebruik van lasers om magnetische wervels op nanoschaal te creëren en te manipuleren. De mogelijkheid om deze 'skyrmions' te creëren en te besturen, zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van op skyrmion gebaseerde informatieopslagapparaten.

De informatie die we consumeren en waarmee we werken, is gecodeerd in binaire vorm (als '1's of '0's) door de kenmerken van geheugenmedia tussen twee toestanden te schakelen. Naarmate we de prestatie- en capaciteitslimieten van conventionele geheugenmedia naderen, onderzoekers kijken naar exotische fysica om de volgende generatie magnetische herinneringen te ontwikkelen.

Een zo'n exotisch fenomeen is de skyrmion - een stabiel, nanoschaal whirlpool-achtige magnetische functie gekenmerkt door een constant roterend magnetisch moment. theoretisch, de aanwezigheid of afwezigheid van een skyrmion op elke locatie in een magnetisch medium zou kunnen worden gebruikt om de binaire toestanden weer te geven die nodig zijn voor informatieopslag. Echter, onderzoekers hebben het een uitdaging gevonden om op betrouwbare wijze skyrmionen experimenteel te creëren en te vernietigen vanwege de moeilijkheid om de mechanica van deze processen tot in detail te onderzoeken. De uitdaging ligt in de ongelooflijk korte tijdschaal van deze processen, die met slechts een tiende van een nanoseconde tot miljard keer korter is dan de tijdschaal die waarneembaar is onder de Lorentz-microscoop die wordt gebruikt om magnetische eigenschappen te meten.

De auteurs van de studie, Wataru Koshibae en Naoto Nagaosa, zocht een oplossing voor dit probleem door een rekenmodel te construeren dat de verwarming van een ferromagnetisch materiaal simuleert met puntlasers (Fig. 1). Deze lokale verwarming creëert zowel skyrmionen als 'antiskyrmionen'. De simulaties, gebaseerd op bekende fysica voor deze systemen, toonde aan dat de kenmerken van skyrmionen sterk afhankelijk zijn van de intensiteit en de vlekgrootte van de laser. Verder, door deze twee parameters te manipuleren, het is mogelijk om skyrmion-kenmerken zoals aanmaaktijd en grootte te regelen.

"Warmte leidt tot willekeurige beweging van magnetische spins, " legt Nagaosa uit. "We vonden het daarom verrassend dat lokale verwarming een topologisch niet-triviaal geordend object creëerde, laat staan ​​samengestelde structuren van skyrmionen en antiskyrmionen" De kwestie van controle is wat deze structuren onderscheidt.

Nagaosa gelooft dat aangezien skyrmionen vrij stabiel zijn, deze kenmerken op nanoschaal zouden mogelijk als informatiedrager kunnen worden gebruikt als een betrouwbare manier kan worden bereikt om ze naar believen te creëren. Het werk van Koshibae en Nagaosa zou daarom de basis kunnen vormen voor de ontwikkeling van state-of-the-art geheugenapparaten. Het werk biedt ook waardevolle informatie over het ontstaan ​​van topologische deeltjes, wat cruciaal is voor het bevorderen van kennis op veel andere gebieden van de natuurkunde.