Ученые создают скирмионы с помощью лазерного излучения
Исследователи из Лундского университета в Швеции открыли новый способ создания наноразмерных магнитных частиц с помощью сверхбыстрых импульсов лазерного излучения. Открытие может проложить путь к новым и более энергоэффективным техническим компонентам и стать полезными в квантовых компьютерах будущего.
Магнитные скирмионы иногда называют магнитными вихрями. В отличие от ферромагнитных состояний, которые встречаются в обычных магнитах, таких как компасы и магниты холодильника, скирмионное состояние весьма своеобразно: ориентация намагниченности не везде указывает в одном и том же направлении в материале, а вместо этого лучше всего описывается как своего рода завихрение.
Скирмионы представляют большой интерес как для фундаментальных исследований, так и для промышленности, поскольку их можно использовать для производства более компактных компьютерных запоминающих устройств.
Однако это легче сказать, чем сделать. Использование скирмионов в технических целях требует эффективных способов записи, стирания и манипулирования частицами в коротких временных масштабах и с высокой пространственной точностью.
В новом исследовании ученые Клаудио Вердоцци из Лундского университета и Эмиль Бострём и Анхель Рубио из Института структуры и динамики материи имени Макса Планка в Гамбурге нашли новый подход.
«В нашем исследовании мы теоретически показали, как можно выполнить одно из этих требований, а именно, как создать магнитные скирмионы в сверхкоротких временных масштабах с помощью импульсов лазерного света», — говорит Клаудио Вердоцци.
Исследовательская группа определила микроскопический механизм, объясняющий экспериментальный протокол, который оказался полезным при создании скирмионов.
Используя фемтосекундные лазерные импульсы — световые импульсы, длящиеся одну миллионную от миллиардной доли секунды — исследователи показали, что можно создавать сверхбыстрые скирмионы.
«Наши результаты имеют большое значение для создания более энергоэффективных технических компонентов. Наше исследование показывает, что свет можно использовать для управления локализованными магнитными возбуждениями в очень короткие промежутки времени», — говорит Клаудио Вердоцци.
Есть ряд приложений, к которым может привести новое открытие, в том числе квантовая технология — область, в которой квантово-механические свойства используются для выполнения чрезвычайно сложных вычислений, с которыми традиционные компьютеры не справляются.
Также считается, что магнитные возбуждения, такие как скирмионы и так называемые спиновые волны, могут помочь снизить потребление энергии в технологических компонентах.
«Скирмионы находятся в центре внимания как теоретических, так и экспериментальных исследований благодаря их технологическому потенциалу. Кроме того, их экзотические магнитные узоры обладают концептуально и математически красивой привлекательностью, что делает их очень интересными», — заключает Клаудио Вердоцци.
Исследование было опубликовано в Computational Materials.