Magnetische (anti)skyrmionen zijn microscopisch kleine wervelingen die voorkomen in speciale klassen van magnetische materialen. Deze nano-objecten kunnen worden gebruikt om digitale gegevens te hosten door hun aanwezigheid of afwezigheid in een reeks langs een magnetische streep. Een team van wetenschappers van de Max Planck-instituten (MPI) of Microstructure Physics in Halle en voor Chemical Physics of Solids in Dresden en de Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) heeft nu geconstateerd dat skyrmionen en antiskyrmionen naast elkaar kunnen bestaan, waardoor de mogelijkheid om hun mogelijkheden in opslagapparaten uit te breiden. De resultaten zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Natuurcommunicatie .

Met de steeds groter wordende hoeveelheden digitale gegevens van het groeiende aantal apparaten, de vraag naar dataopslagcapaciteit is de afgelopen jaren enorm toegenomen. Conventionele opslagtechnologieën hebben het moeilijk om bij te blijven. Tegelijkertijd, het steeds toenemende energieverbruik van deze apparaten - harde schijven (HDD) en random-access memorys (RAM) - staat haaks op een 'groen' energielandschap. Vereist zijn geheel nieuwe apparaten die betere prestaties leveren bij een drastisch verminderd energieverbruik.

Een veelbelovend voorstel is het magnetische geheugenopslagapparaat voor racebanen. Het bestaat uit nanoscopische magnetische strepen (de racetracks) waarin gegevens zijn gecodeerd in magnetische nano-objecten, typisch door hun aanwezigheid of afwezigheid op bepaalde posities. Een mogelijk nano-object is een magnetisch (anti)skyrmion:dit is een uiterst stabiele werveling van magnetisatie met een grootte die kan variëren van micrometer tot nanometer. Deze objecten kunnen worden geschreven en verwijderd, Lees en, het belangrijkste, bewogen door stromingen, waardoor de racebaan kan worden bediend zonder bewegende delen. "Door meerdere circuits te stapelen, een op elkaar, om een ​​aangeboren driedimensionaal geheugenopslagapparaat te creëren, de opslagcapaciteit kan drastisch worden vergroot in vergelijking met solid state drives en zelfs harde schijven. Bovendien, zo'n racetrack-geheugenapparaat zou werken op een fractie van het energieverbruik van conventionele opslagapparaten. Het zou veel sneller zijn, en veel compacter en betrouwbaarder zou zijn, " legt prof Stuart Parkin uit, directeur van de MPI of Microstructure Physics in Halle en Alexander von Humboldt Professor aan de MLU.

"Skyrmionen en antiskyrmionen zijn 'tegengestelde' magnetische wervelingen. tot voor kort, men geloofde dat deze twee verschillende objecten alleen in verschillende materiaalklassen kunnen bestaan", legt prof. Ingrid Mertig van het instituut voor natuurkunde van MLU uit. Het onderzoeksteam van de Max Planck-instituten in Halle en Dresden en de MLU hebben nu ontdekt dat antiskyrmionen en skyrmionen kunnen onder bepaalde omstandigheden in hetzelfde materiaal naast elkaar bestaan. een lid van de onderzoeksgroep van Mertig, leverde de theoretische verklaring voor de onverwachte experimentele waarnemingen die werden uitgevoerd door Jagannath Jena in de groep van Parkin. De gemeten monokristallijne materialen, Heusler-verbindingen, werden voorbereid door Dr. Vivek Kumar in de groep van Prof Claudia Felser aan de MPI in Dresden.

Skyrmionen en antiskyrmionen worden in verschillende materialen gestabiliseerd door een magnetische interactie die direct verbonden is met de structuur van het gastheermateriaal. In sommige materialen kunnen alleen skyrmionen worden gevormd, terwijl in andere materialen, antiskyrmionen worden energetisch geprefereerd door deze interactie. Echter, wat eerder over het hoofd werd gezien, is dat de individuele magneten in elk materiaal (de "magnetische dipolen") ook significant met elkaar interageren via hun dipool-dipoolinteractie. Deze interactie geeft altijd de voorkeur aan skyrmions. Om deze reden, zelfs "antiskyrmion-materialen" kunnen skyrmionen vertonen (maar niet omgekeerd). Dit gebeurt bij voorkeur als de temperatuur wordt verlaagd. Bij een kritische overgangstemperatuur de twee verschillende objecten naast elkaar bestaan.

Naast de fundamentele relevantie ervan, deze bevinding zorgt voor een geavanceerde versie van de gegevensopslag in het racetrackgeheugen, waar een bitreeks zou kunnen, bijvoorbeeld, worden gecodeerd door een reeks skyrmionen ('1' bit) en antiskyrmionen ('0' bit). Dit concept zou betrouwbaarder zijn dan conventionele circuits.