Wetenschappers van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy hebben ontdekt dat skyrmionen - een soort quasideeltjes met eigenschappen die zouden kunnen leiden tot de volgende generatie van gegevensopslag en -overdracht - zich voortplanten door te splitsen op een manier die sterk lijkt op biologische celdeling.

Skyrmionen zijn magnetische wervels op nanoschaal, een soort quasideeltje dat wordt aangedreven door ultralage elektrische stroom. Als een quasideeltje, ze hebben geen echte massa, toch een periodiek patroon vormen dat erg lijkt op de symmetrische rangschikking van atomen in een kristal, of kristalrooster.

"Om skyrmions in toekomstige apparaten te integreren, wetenschap moet een nauwkeurig begrip hebben van hun vormingsmechanisme", zei Lin Zhou, een wetenschapper die geavanceerde microscopietechnieken toepast voor het meten van lokale magnetische eigenschappen in materialen in de Sensitive Instrument Facility van Ames Laboratory. "Bij dit onderzoek we hebben direct bewezen dat skyrmion-kristal uit een conische magnetische fase groeit op dezelfde manier als echte nanokristallen uit een oplossing groeien."

In tegenstelling tot die echte kristalstructuren, echter, de skyrmionen kunnen onvolkomenheden in het roosterpatroon vernietigen door zichzelf te splitsen (vergelijkbaar met celreproductie), een soort zelfgenezingsproces dat nog nooit eerder is beschreven.

Om de fysica te begrijpen die het groeimechanisme controleert, heeft het team waargenomen, de wetenschappers combineerden micromagnetische simulatie met een stringmethode om de interactiekracht en overgangspaden tussen verschillende spintoestanden te onderzoeken.

"We ontdekten dat er een competitieve afstotende en aantrekkelijke interactiekracht is tussen skyrmionen in de kegelfase die de deeltjesachtige skyrmion-roostergroei regelt." zei Liqin Ke, een wetenschapper bij Ames Laboratory. "En, we ontdekten dat het zelfsplitsende mechanisme energetisch gunstiger is dan kiemvorming en groei van een nieuw skyrmion in het defecte rooster."

Zhou zei dat het inzicht zou kunnen leiden tot een betere controle en manipulatie van skyrmionen, die zouden kunnen helpen bij het ontwerp van apparaten voor gegevensopslag en -overdracht met hoge dichtheid en energie-efficiëntie.

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Mechanismen van Skyrmion en Skyrmion Crystal Formation uit de conische fase, " gepubliceerd in Nano-letters .