विशाल स्किर्मियन टोपोलॉजिकल हॉल प्रभाव कमरे के तापमान पर दो-आयामी फेरोमैग्नेटिक क्रिस्टल में दिखाई देता है - फिजिक्स वर्ल्ड

चीन में शोधकर्ताओं ने दो-आयामी सामग्री में विशाल स्किर्मियन टोपोलॉजिकल हॉल प्रभाव के रूप में ज्ञात एक घटना का उत्पादन किया है, जो इसके लिए जिम्मेदार स्किर्मियन में हेरफेर करने के लिए केवल थोड़ी मात्रा में करंट का उपयोग करता है। यह खोज, जिसे हुबेई में हुआज़होंग यूनिवर्सिटी ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी की एक टीम ने 2022 में खोजे गए फेरोमैग्नेटिक क्रिस्टल में देखा था, एक इलेक्ट्रॉनिक स्पिन इंटरैक्शन के लिए धन्यवाद के बारे में है जो स्किर्मियन को स्थिर करने के लिए जाना जाता है। चूंकि प्रभाव कमरे के तापमान सहित तापमान की एक विस्तृत श्रृंखला पर स्पष्ट था, इसलिए यह रेसट्रैक मेमोरी, लॉजिक गेट्स और स्पिन नैनो-ऑसिलेटर्स जैसे दो-आयामी टोपोलॉजिकल और स्पिंट्रोनिक उपकरणों को विकसित करने के लिए उपयोगी साबित हो सकता है।

स्किर्मियन एक भंवर जैसी संरचना वाले क्वासिपार्टिकल्स हैं, और वे कई सामग्रियों में मौजूद हैं, विशेष रूप से चुंबकीय पतली फिल्मों और बहुपरतों में। वे बाहरी गड़बड़ी के प्रति मजबूत हैं, और केवल दसियों नैनोमीटर के व्यास के साथ, वे आज की हार्ड डिस्क में डेटा को एन्कोड करने के लिए उपयोग किए जाने वाले चुंबकीय डोमेन से बहुत छोटे हैं। यह उन्हें भविष्य की डेटा भंडारण प्रौद्योगिकियों जैसे "रेसट्रैक" यादों के लिए आदर्श बिल्डिंग ब्लॉक बनाता है।

आम तौर पर हॉल प्रभाव में असामान्य विशेषताओं (उदाहरण के लिए, असामान्य प्रतिरोधकता) को देखकर किसी सामग्री में स्किर्मियन की पहचान की जा सकती है, जो तब होता है जब इलेक्ट्रॉन एक लागू चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में एक कंडक्टर के माध्यम से प्रवाहित होते हैं। चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों पर एक पार्श्व बल लगाता है, जिससे कंडक्टर में वोल्टेज अंतर होता है जो क्षेत्र की ताकत के समानुपाती होता है। यदि कंडक्टर में आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र या चुंबकीय स्पिन बनावट है, जैसे कि स्किर्मियन में होता है, तो यह इलेक्ट्रॉनों को भी प्रभावित करता है। इन परिस्थितियों में, हॉल प्रभाव को स्किर्मियन टोपोलॉजिकल हॉल प्रभाव (द) के रूप में जाना जाता है।

द्वि-आयामी (2डी) स्पिंट्रोनिक उपकरणों के लिए प्लेटफ़ॉर्म के रूप में उपयोगी होने के लिए क्वासिपार्टिकल्स के लिए, एक बड़ा टीएचई अत्यधिक वांछनीय है, लेकिन स्किर्मियन्स को एक विस्तृत तापमान सीमा पर स्थिर होना चाहिए और छोटे विद्युत धाराओं का उपयोग करके हेरफेर करना आसान होना चाहिए। टीम लीडर का कहना है कि अब तक, इन सभी संपत्तियों के साथ स्कीम बनाना मुश्किल रहा है हैक्सिन चांग.

वह बताते हैं, "अधिकांश ज्ञात स्किर्मियन और टीएचई को केवल एक संकीर्ण तापमान विंडो में या तो कमरे के तापमान से नीचे या ऊपर स्थिर किया जाता है और उच्च महत्वपूर्ण वर्तमान हेरफेर की आवश्यकता होती है," वह बताते हैं। भौतिकी की दुनिया. "कमरे के तापमान तक एक विस्तृत तापमान खिड़की और स्किर्मियन हेरफेर के लिए कम महत्वपूर्ण धारा दोनों के साथ एक बड़ा टीएच हासिल करना अभी भी मायावी और बहुत चुनौतीपूर्ण है, खासकर इलेक्ट्रॉनिक और स्पिंट्रोनिक एकीकरण के लिए उपयुक्त 2 डी सिस्टम में।"

मजबूत 2डी स्किर्मियन द

चांग और सहकर्मी अब एक 2डी स्किर्मियन की रिपोर्ट कर रहे हैं जो बिल में फिट बैठता है। न केवल वे जो देखते हैं वह परिमाण के तीन क्रमों में फैले तापमान विंडो पर मजबूत रहता है, बल्कि यह बहुत बड़ा भी है, जिसकी माप 5.4 K पर 10 µΩ·cm और 0.15 K पर 300 µΩ·cm है। यह एक और तीन आदेशों के बीच है पहले बताए गए कमरे के तापमान वाले 2डी स्किर्मियन सिस्टम की तुलना में परिमाण बड़ा है। और इतना ही नहीं: शोधकर्ताओं ने पाया कि उनके 2D स्किर्मियन THE को लगभग 6.2×10 के कम क्रिटिकल वर्तमान घनत्व के साथ नियंत्रित किया जा सकता है।⁵ ए·सेमी^-2. शोधकर्ताओं का कहना है कि यह उनके द्वारा तैयार किए गए उच्च गुणवत्ता वाले नमूनों (जिनमें बारीक नियंत्रण योग्य 2डी लौहचुंबकत्व है) और विद्युत माप के उनके सटीक मात्रात्मक विश्लेषण के कारण संभव हुआ।

चांग को लगता है कि टीम का काम कमरे के तापमान पर विद्युत-नियंत्रित 2डी टीएचई और स्किर्मियन-आधारित व्यावहारिक स्पिंट्रोनिक और मैग्नेटोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए मार्ग प्रशस्त करता है। वे कहते हैं, "टोपोलॉजिकल हॉल प्रभाव द्वारा कमरे के तापमान का विद्युत पता लगाना और स्किर्मियन्स का हेरफेर अगली पीढ़ी के कम-शक्ति स्पिंट्रोनिक उपकरणों के लिए आशाजनक है।"

प्रभाव कहां से आता है

टीम ने देखे गए मजबूत विशाल 2डी स्किर्मियन द के संभावित कारणों की भी जांच की। अपनी सैद्धांतिक गणना के आधार पर, उन्होंने पाया कि Fe का प्राकृतिक ऑक्सीकरण₃द्वार_2-𝑥 उन्होंने अध्ययन किया कि फेरोमैग्नेटिक क्रिस्टल ने एक ज्ञात स्किर्मियन-स्थिरीकरण चुंबकीय प्रभाव को बढ़ाया है जिसे 2डी इंटरफेशियल डिज्यालोशिंस्की-मोरिया इंटरेक्शन (डीएमआई) कहा जाता है। इसलिए, Fe के प्राकृतिक ऑक्सीकरण और मोटाई को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करके₃द्वार_2-𝑥 क्रिस्टल, उन्होंने एक बड़े इंटरफेशियल डीएमआई के साथ एक विश्वसनीय ऑक्सीकरण इंटरफ़ेस बनाया, और दिखाया कि वे एक विस्तृत तापमान विंडो के भीतर एक मजबूत 2डी स्किर्मियन टीएचई का उत्पादन करने में सक्षम थे। यह कोई आसान काम नहीं है क्योंकि अत्यधिक ऑक्सीकरण से क्रिस्टल की संरचना खराब हो सकती है, जबकि अपर्याप्त ऑक्सीकरण से बड़े इंटरफेशियल डीएमआई का निर्माण कठिन हो जाता है। दोनों चरम सीमाएँ स्किर्मियनों के निर्माण में बाधा उत्पन्न करती हैं और इस प्रकार THE.

कमजोर विद्युत धाराएं छोटे चुंबकीय तारों को ट्रैक करती हैं

चांग कहते हैं, "हमारा समूह 2 से 2014डी क्रिस्टल में चुंबकत्व का अध्ययन कर रहा है और हमने कई नए चुंबकीय क्रिस्टल विकसित किए हैं, जिनमें इस काम में अध्ययन किया गया क्रिस्टल भी शामिल है।" “स्किर्मियन्स और टोपोलॉजिकल हॉल प्रभाव दोनों बहुत दिलचस्प टोपोलॉजिकल भौतिक घटनाएं हैं जो आम तौर पर कुछ चुंबकीय प्रणालियों में देखी जाती हैं, लेकिन व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए इनमें बहुत सारी आंतरिक सीमाएं होती हैं।

"हमने पारंपरिक चुंबकीय सामग्रियों में इन सीमाओं को दूर करने का प्रयास करने के लिए यह अध्ययन किया।"

शोधकर्ताओं का कहना है कि उनका काम विस्तृत है चीनी भौतिकी के पत्र, 2डी फेरोमैग्नेटिक क्रिस्टल में स्पिन ट्रांसपोर्ट नियंत्रण के लिए 2डी डीएमआई ट्यूनिंग के लिए एक सामान्य पद्धति का नेतृत्व कर सकता है। चांग कहते हैं, "यह यह भी साबित करता है कि ऑक्सीकरण का उपयोग भारी धातु और पारंपरिक रूप से नियोजित अन्य तथाकथित मजबूत स्पिन-ऑर्बिट युग्मन यौगिकों की तुलना में एक विशाल 2 डी को प्रेरित करने के लिए किया जा सकता है।"

हुआज़ोंग टीम अब हाई-स्पीड और हाई-डेंसिटी डेटा स्टोरेज, लॉजिक ऑपरेशन और जिसे शोधकर्ता "नई-अवधारणा क्वांटम गणना" कहते हैं, के लिए अपने 2डी स्किर्मियन सिस्टम पर आधारित रेसट्रैक यादें और लॉजिक गेट डिवाइस बनाने पर विचार कर रहे हैं।

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/giant-skyrmion-topological-hall-effect-appears-in-a-two-dimensional-ferromagnetic-crystal-at-room-temperature/