Квазичастицы, называемые меронами, впервые появляются в синтетическом антиферромагнетике

Международная группа исследователей впервые идентифицировала квазичастицы, называемые меронами, в синтетическом антиферромагнетике. Результат может привести к появлению новых концепций устройств спинтроники, которые используют магнитный момент или вращение электрона для хранения и обработки информации.

Ученые стремятся использовать спины электронов таким образом, потому что компьютерные запоминающие устройства на основе спинтроники будут быстрее и компактнее, чем сегодняшние чисто электронные устройства. Вопрос о том, как лучше всего создавать такие устройства, пока не имеет однозначного ответа, но многие недавние исследования были сосредоточены на структурах, называемых скирмионами, как на потенциальных строительных блоках. Эти структуры представляют собой квазичастицы, состоящие из множества электронных спинов, и их можно рассматривать как двумерные вихри (или «спиновые текстуры») внутри материала.

Скирмионы существуют во многих магнитных материалах, включая кобальт-железо-кремний и тонкие пленки марганца-силицида, в которых они были впервые обнаружены. Они являются привлекательными кандидатами для спинтроники, поскольку устойчивы к внешним возмущениям, что делает их особенно устойчивыми для хранения и обработки содержащейся в них информации. Имея диаметр всего несколько десятков нанометров, они намного меньше, чем магнитные домены, используемые для кодирования данных в современных дисках, что делает их идеальными для будущих технологий хранения данных, таких как память на гоночной трассе.

Как и скирмионы, мероны состоят из множества отдельных вращений. В отличие от них, их рассеянные магнитные поля незначительны, что облегчит сверхбыстрые операции и еще более высокую плотность хранения информации внутри устройства. Однако до сих пор мероны наблюдались только в природных антиферромагнетиках, где их оказалось трудно анализировать и манипулировать ими.

Минимальные чистые магнитные моменты

Исследователи Университет Йоханнеса Гутенберга, Майнц (JGU) в Германии; Университет Тохоку, Япония; и Установка синхротронного освещения АЛЬБА в Испании теперь идентифицировали мероны в синтетических антиферромагнетиках, изготовленных из многослойных стопок взаимно связанных отдельных ферромагнитных слоев. В отличие от природных антиферромагнетиков, эти синтетические материалы можно получить контролируемым способом с использованием традиционных методов, таких как напыление.

Этот изысканный контроль позволил команде регулировать взаимодействие различных слоев и тем самым минимизировать их чистые магнитные моменты. Это дает системе преимущества как антиферромагнетиков (в которых спины электронов имеют тенденцию выравниваться антипараллельно друг другу), так и ферромагнетиков (которые имеют параллельные спины электронов). Примеры включают не только низкие рассеянные магнитные поля, но также стабильные гомохиральные текстуры и быструю спиновую динамику в поликристаллической среде, объясняет он. Мона Бхукта, аспирант JGU и соруководитель исследования.

«В нашей работе мы успешно стабилизировали эти спиновые текстуры в синтетических антиферромагнетиках с очень маленькой анизотропией легкой плоскости (так что предпочтительная ориентация намагниченности лежит в плоскости пленки) и отобразили их сложные структуры, объединив несколько методов визуализации», — говорит Бухта. Методы, которые они использовали, включали магнитно-силовую микроскопию и сканирующую электронную микроскопию с поляризационным анализом, а также элементную фотоэмиссионную электронную микроскопию с использованием рентгеновского магнитного циркулярного дихроизма.

Благодаря этим методам визуализации команда определила несколько различных текстур вращения в сложенном материале. Это было непросто, поскольку исследователям пришлось визуализировать квазичастицы таким образом, чтобы разрешить все три компонента вектора намагниченности, прежде чем они смогли однозначно продемонстрировать наличие меронов. Исследователи также разработали аналитическую модель для выяснения механизмов, которые стабилизируют такие структуры в их системе. Целью в данном случае было определить оптимальную толщину каждого слоя и выявить лучшие «материалы-хозяева» для меронов.

Также наблюдаются родственные структуры

Помимо идентификации меронов, команда также наблюдала родственные структуры, такие как антимероны и топологически стабилизированные бимероны, в их синтетических антиферромагнетиках. В отличие от скирмионов, направление суммарной намагниченности и возникающего поля, создаваемого бимеронами, взаимно ортогональны, объясняет Бхукта.

«Эта характерная особенность позволяет нам, например, напрямую исследовать топологический эффект Холла и манипулировать им с помощью текстур спина меронов», — рассказывает она. Мир физики. Этот эффект возникает, когда электроны текут через проводник в присутствии магнитного поля. Приложенное магнитное поле оказывает боковое воздействие на электроны, что приводит к разнице напряжений, пропорциональной силе поля. Если проводник имеет внутреннее магнитное поле или магнитную спиновую текстуру, это также влияет на электроны.

«Сигналы Холла от бимеронов обеспечивают прямое средство обнаружения и количественной оценки топологии, предлагая нам замечательную возможность разработки технологий на основе магнитной топологии, в которых топология служит носителем информации», — говорит Бхукта.

Исследователи, подробно излагающие свою работу в Природа связи, теперь планируют исследовать взаимодействие меронов с внешними магнитными полями и электрическими токами. «Мы также хотели бы изучить, как они взаимодействуют между собой», — говорит Бхукта.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/quasiparticles-called-merons-appear-in-a-synthetic-antiferromagnet-for-the-first-time/