Kvasihiukkaset, joita kutsutaan meroneiksi, esiintyvät synteettisessä antiferromagneetissa ensimmäistä kertaa – Physics World

Kansainvälinen tutkijaryhmä on tunnistanut ensimmäistä kertaa synteettisestä antiferromagneetista kvasihiukkasia, joita kutsutaan meroneiksi. Tuloksena voi olla uusia konsepteja spintroniikkalaitteille, jotka käyttävät elektronin magneettista momenttia eli spiniä tiedon tallentamiseen ja käsittelyyn.

Tiedemiehet pyrkivät hyödyntämään elektronien spinejä tällä tavalla, koska spintroniikkaan perustuvat tietokonemuistilaitteet olisivat nopeampia ja kompaktimpia kuin nykypäivän puhtaasti elektroniset. Kysymykseen tällaisten laitteiden rakentamisesta ei ole vielä lopullista vastausta, mutta monet viimeaikaiset tutkimukset ovat keskittyneet skyrmioneiksi kutsuttuihin rakenteisiin mahdollisina rakennuspalikoina. Nämä rakenteet ovat kvasihiukkasia, jotka koostuvat lukuisista elektronikierroksista, ja niitä voidaan pitää kaksiulotteisina pyörteinä (tai "pyöritystekstuureina") materiaalin sisällä.

Skyrmioneja on monissa magneettisissa materiaaleissa, mukaan lukien koboltti-rauta-pii ja mangaani-silikidi-ohutkalvot, joista ne löydettiin ensimmäisen kerran. Ne ovat houkuttelevia spintroniikkaehdokkaita, koska ne kestävät ulkoisia häiriöitä, mikä tekee niistä erityisen vakaita niiden sisältämien tietojen tallentamiseen ja käsittelyyn. Ne ovat halkaisijaltaan vain kymmeniä nanometrejä, ja ne ovat myös paljon pienempiä kuin nykypäivän levyasemien tietojen koodaamiseen käytetyt magneettialueet, mikä tekee niistä ihanteellisia tulevaisuuden tiedontallennustekniikoille, kuten "kilparata"-muisteille.

Kuten skyrmions, meronit koostuvat lukuisista yksittäisistä kierroksista. Toisin kuin he, niiden hajamagneettikentät ovat minimaaliset, mikä helpottaisi ultranopeita toimintoja ja vielä suurempia tiedon tallennustiheyksiä laitteessa. Tähän asti meroneja on kuitenkin havaittu vain luonnollisissa antiferromagneeteissa, joissa niiden analysointi ja käsittely on osoittautunut vaikeaksi.

Minimaaliset nettomagneettiset momentit

Tutkijat Johannes Gutenbergin yliopisto Mainz (JGU) Saksassa; Tohokun yliopisto, Japani; ja ALBA Synchrotron Light Facility Espanjassa on nyt tunnistettu meroneja synteettisistä antiferromagneeteista, jotka on valmistettu monikerroksisista pinoista keskenään kytketyistä yksittäisistä ferromagneettisista kerroksista. Toisin kuin luonnolliset antiferromagneetit, näitä synteettisiä materiaaleja voidaan valmistaa hyvin kontrolloidusti käyttämällä vakiintuneita tekniikoita, kuten sputterointia.

Tämä hieno ohjaus antoi tiimille mahdollisuuden säätää eri kerrosten vuorovaikutusta ja siten minimoida niiden nettomagneettiset momentit. Tämä antaa järjestelmän edut sekä antiferromagneeteista (joissa elektronien spineillä on taipumus kohdistaa vastasuuntaisia ​​toisiaan) että ferromagneeteista (joissa on rinnakkaiset elektronispinit). Esimerkkejä ovat paitsi alhaiset hajamagneettikentät, myös vakaat homokiraaliset tekstuurit ja nopea spin-dynamiikka monikiteisessä ympäristössä, selittää Mona Bhukta, JGU:n tohtoriopiskelija ja tutkimuksen toinen johtaja.

"Olemme työssämme onnistuneesti stabiloineet nämä spin-tekstuurit synteettisissä antiferromagneeteissa erittäin pienellä helppotaso-anisotropialla (niin että magnetoinnin suositeltava suunta on kalvotasossa) ja kuvannut niiden monimutkaiset rakenteet yhdistämällä useita kuvantamismenetelmiä." Bukhta sanoo. Heidän käyttämiinsä menetelmiin kuuluivat magneettinen voimamikroskopia ja pyyhkäisyelektronimikroskooppi polarisaatioanalyysillä sekä alkuainespesifinen fotoemission elektronimikroskopia röntgenmagneettisen ympyrädikroismin avulla.

Näiden kuvantamistekniikoiden ansiosta tiimi tunnisti pinotusta materiaalista useita erilaisia ​​pyörimiskuvioita. Tämä ei ollut helppoa, koska tutkijoiden piti kuvata kvasihiukkaset tavalla, joka erottaa kaikki kolme magnetointivektorin komponenttia, ennen kuin he pystyivät yksiselitteisesti osoittamaan meronien läsnäolon. Tutkijat kehittivät myös analyyttisen mallin selvittääkseen mekanismeja, jotka stabiloivat tällaisia ​​rakenteita järjestelmässään. Tavoitteena tässä tapauksessa oli määrittää kunkin kerroksen optimaalinen paksuus ja tunnistaa parhaat "isäntämateriaalit" meroneille.

Myös asiaan liittyviä rakenteita havaittiin

Meronien tunnistamisen lisäksi ryhmä havaitsi myös niihin liittyviä rakenteita, kuten antimeroneja ja topologisesti stabiloituja bimeroneja synteettisissä antiferromagneeteissaan. Toisin kuin skyrmioneissa, nettomagnetisoitumisen suunta ja bimeronien tuottama esiintuleva kenttä ovat keskenään ortogonaalisia, Bhukta selittää.

"Tämä ominaispiirre antaa meille mahdollisuuden esimerkiksi suoraan tutkia ja manipuloida topologista Hall-ilmiötä käyttämällä meron spin -kuvioita", hän kertoo. Fysiikan maailma. Tämä vaikutus tapahtuu, kun elektronit virtaavat johtimen läpi magneettikentän läsnä ollessa. Käytetty magneettikenttä kohdistaa elektroneihin sivusuuntaisen voiman, mikä johtaa jännite-eroon, joka on verrannollinen kentän voimakkuuteen. Jos johtimessa on sisäinen magneettikenttä tai magneettinen spin-tekstuuri, tämä vaikuttaa myös elektroneihin.

"Bimeronien Hall-signaalit tarjoavat suoran keinon havaita ja kvantifioida topologiaa, tarjoten meille jännittävän mahdollisuuden kehittää magneettitopologiaan perustuvia teknologioita, joissa topologia toimii tiedon välittäjänä", Bhukta sanoo.

Tutkijat, jotka kertovat työstään Luonto Viestintä, aikovat nyt tutkia meronien ja ulkoisten magneettikenttien ja sähkövirtojen välistä vuorovaikutusta. "Haluaisimme myös tutkia, kuinka he ovat vuorovaikutuksessa keskenään", Bhukta sanoo.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/quasiparticles-called-merons-appear-in-a-synthetic-antiferromagnet-for-the-first-time/