Citirea skyrmions magnetice se schimbă în rezistența electrică prin magnetic

Citind skyrmions magnetice

Modificarea rezistenței electrice datorită structurilor magnetice de vârtej

Cele mai mici vârtejuri magnetice - așa-numitele skyrmions - sunt în prezent discutate drept candidați promițători pentru biți în viitorul suport de stocare a datelor robust și compact.

Astfel de structuri magnetice exotice ar putea fi detectate în ultimii ani la Universitatea din Hamburg în straturi magnetice ultra-subțiri și sisteme multistrat, deoarece acestea sunt deja utilizate în capetele de citire/scriere ale hard diskurilor și în senzorii magnetici. Cu toate acestea, pentru a citi skyrmions, era necesar un alt magnet.

Acum, cercetătorii de la Universitatea din Hamburg și Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) au arătat că, în principiu, este mult mai ușor de detectat skyrmions, deoarece rezistența electrică se schimbă drastic în structurile vortexului magnetic. Pentru conceptele viitoare de stocare a datelor, acest lucru promite o simplificare enormă în producție și aplicare.

Turburile stabile din materialele magnetice (vezi figura) au fost prezise cu peste 25 de ani în urmă, dar au putut fi dovedite experimental doar acum câțiva ani. Descoperirea unor astfel de skyrmions în straturi magnetice subțiri și multistraturi, care sunt deja utilizate astăzi în multe aplicații tehnologice, și posibilitatea de a muta aceste skyrmions cu densități de curent electric chiar scăzute, a deschis perspectiva utilizării lor ca biți în noi tipuri de stocare a datelor.

Compania pentru articol

Subiecte din articol

Până în prezent, vârtejurile magnetice individuale au fost detectate fie prin microscopie electronică, fie prin măsurarea schimbării rezistenței într-un contact de tunel cu o sondă magnetică. Oamenii de știință de la Universitatea din Hamburg au putut acum să demonstreze cu ajutorul unui microscop de scanare prin tunel că rezistența se schimbă și dacă se folosește un metal nemagnetic pentru măsurare.

„În experimentul nostru, putem muta un vârf metalic peste o suprafață cu precizie atomică și astfel putem măsura rezistența unui skyrmion în diferite poziții”, spune Christian Hanneken, doctorand în grupul prof. Roland Wiesendanger. Acest lucru permite detectarea schimbării rezistenței dependente de locație în vortexul magnetic. „Schimbarea observată a rezistenței poate fi de până la 100% și astfel permite detectarea ușoară a skyrmions”, așa cum Dr. Explică Kirsten von Bergmann.

Împreună cu fizicienii teoretici de la Universitatea din Kiel, cercetătorii au reușit să explice că schimbarea rezistenței în vortexul magnetic se datorează înclinării magneților cu bare atomice de la un atom la altul (vezi figura). Cu cât unghiul dintre magneții învecinați este mai mare, cu atât rezistența electrică se schimbă mai mult.

„Electronii au o rotație, ceea ce înseamnă că interacționează cu structura magnetică”, spune prof. Stefan Heinze de la Universitatea din Kiel. Când electronii se mișcă prin vârtejul magnetic, simt înclinarea dintre magneții cu bare atomice, ceea ce schimbă rezistența materialului la nivel local. „Am reușit să înțelegem acest efect prin intermediul simulărilor numerice complexe pe computer ale proprietăților electronice și să dezvoltăm un model simplu pentru schimbarea rezistenței”, explică doctorandul Fabian Otte.

Acest efect nou descoperit ar putea fi utilizat în aplicații viitoare pentru a citi biții skyrmion într-un mod simplu. Posibilitatea de a putea folosi orice electrozi metalici facilitează considerabil producția și funcționarea noilor elemente de depozitare.

Publicație originală:
Detectarea electrică a skyrmions magnetice prin tunelarea magnetorezistenței non-coliniare, Christian Hanneken, Fabian Otte, André Kubetzka, Bertrand Dupé, Niklas Romming, Kirsten von Bergmann, Roland Wiesendanger și Stefan Heinze, Nature Nanotechnology, publicație online din 05.10.2015, DOI: 10.1038/nnano.2015.218.