Wetenschappers van het Ames Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie hebben de relaxatiedynamiek ontdekt van een nulveldtoestand in skyrmionen, een draaiend magnetisch fenomeen dat potentiële toepassingen heeft in gegevensopslag en spintronische apparaten.

Skyrmionen zijn wervelingen of wervelingen op nanoschaal van magnetische polen die roosters vormen in een magnetisch materiaal, een soort quasideeltje dat over het materiaal kan ritsen, geduwd door elektrische stroom. Die eigenschappen hebben de fascinatie van wetenschappers gevangen, die denken dat het fenomeen kan leiden tot de volgende grote vooruitgang in gegevensopslag, waardoor digitale technologie nog sneller en kleiner wordt.

Er zijn enkele grote uitdagingen te overwinnen, echter. Tot voor kort waren skyrmionen een fenomeen dat alleen bij extreem lage temperaturen werd waargenomen. Ook, externe magnetische krachten maken ze momenteel onpraktisch voor toepassingen.

"Om echt nuttig te zijn in een apparaat, deze magnetische wervels moeten kunnen bestaan ​​zonder de 'hulp' van een extern magnetisch veld, " zei Lin Zhou, een wetenschapper in de afdeling Materials Sciences and Engineering van het Ames Laboratory.

Met dat in gedachten, zij en andere onderzoekers van Ames Laboratory onderzochten FeGe, een ijzergermanium magnetisch materiaal dat tot nu toe skyrmionen heeft aangetoond in de hoogste temperatuurbereiken in kristallen met een vergelijkbare, of B20-structuur.

Ames Lab-wetenschappers met externe medewerkers waren in staat om een ​​skyrmion-rooster in een monster vast te stellen door blootstelling aan magnetische velden en onderkoeling met vloeibare stikstof. Met een hoge resolutie microscopie methode genaamd Lorentz transmissie elektronenmicroscopie (L-TEM), het team was in staat om het skyrmion-rooster in een magnetisch veld nul te observeren, en observeer vervolgens het verval van de skyrmionen terwijl de temperatuur opliep. Deze directe waarneming leverde kritische nieuwe informatie op over hoe skyrmionen zich gedragen en hoe ze terugkeren naar een 'normale' (wat wetenschappers metastabiele) magnetische toestand noemen.

"We hebben deze skyrmionen gestabiliseerd zonder een magnetisch veld, en dankzij onze microscopietechnieken konden we echt zien hoe de wervels in de loop van de tijd veranderen, temperatuur, en magnetisch veld; we denken dat het een zeer solide basis biedt voor theoretici om dit fenomeen beter te begrijpen, ' zei Zhou.

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Ontspanningsdynamiek van Zero-Field Skyrmionen over een breed temperatuurbereik, " geschreven door Licong Peng, Ying Zhang, Liqin Ke, Tae Hoon Kim, Qiang Zheng, Jiaqiang Yan, X.-G. Zhang, Yang Gao, Shouguo Wang, Jianwang Cai, Bogen Shen, Robert J. McQueeney, Adam Kaminski, Matthew J. Kramer, en Lin Zhou; en gepubliceerd in Nano-letters .