Первый 3D-рентгеновский снимок магнитного скирмиона
Наномасштабные вращающиеся круги магнетизма могут найти широкое применение в микроэлектронных устройствах хранения данных, квантовых вычислениях и многом другом.
Магнитные скирмионы — это крошечные спиральные дефекты в магнитных свойствах некоторых материалов. Их можно рассматривать как вращающиеся круги магнетизма.
Ожидается, что эти объекты дадут новые микроэлектронные устройства, которые могут делать гораздо больше существующих. Однако исследователям необходимо более детальное понимание скирмионов, чтобы их можно будет надежно использовать в вычислительных устройствах, включая квантовые компьютеры.
Ученые из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) успешно получили 3D-рентгеновские изображения скирмионов, которые могут характеризовать или измерять ориентацию спинов внутри всего объекта. Результаты открывают новые возможности для нанометрологии для спинтронных устройств.
Скирмионы — это крошечные, стабильные магнитные структуры, в которых направление спина (собственный момент импульса) в центре указывает вверх, а по мере удаления от центра оно закручивается и указывает вниз.
Их стабильность, скорость и устойчивость к нарушениям, известные как «топологические» свойства, делают их перспективными для переноса и хранения информации, подобно тому, как электроны используются в современных устройствах.
Питер Фишер, старший научный сотрудник Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, сказал: «Однако, полагаясь на заряд электрона, как это делается сегодня, мы неизбежно теряем энергию. Использование спинов значительно снизит потери».
Хотя скирмионы в теории в основном изучались как двумерные объекты, в реальных приложениях, таких как электроника и кремниевые пластины, они существуют в трехмерном пространстве. Исследователи должны понимать их спиновые характеристики по всей трехмерной структуре, чтобы эффективно использовать или даже создавать собственные скирмионы.
Ученые создали нанодиск из тонкого магнитного слоя, предоставленного коллегами из Western Digital, используя нанотехнологическую установку Molecular Foundry. Чтобы получить 3D-томографические изображения скирмионов, они использовали новую технологию визуализации, называемую магнитной рентгеновской ламинографией.
«С помощью рентгеновской ламинографии вы можете переконфигурировать и реконструировать [скирмион] из множества изображений и данных. Это был процесс, который занял месяцы, в конечном итоге приведший к лучшему пониманию спиновых структур скирмиона».
По словам исследователей, полное понимание трехмерной спиновой текстуры скирмионов «открывает возможности для исследования и разработки трехмерных топологических спинтронных устройств с расширенными функциональными возможностями, которые невозможно достичь в двух измерениях».
Исследование опубликовано в журнале Science Advances.