Sciencemag.cz
Doporučujeme
Magnetický skyrmion je spirála překlápějících se spinů, jakýsi spinový vír. Pro jeho stabilitu můžeme tento útvar chápat i jako kvazičástici („topologickou kvazičástici“). Se skyrmiony dokážeme různě manipulovat, třeba je i posouvat bez změny jejich tvaru. Ve feromagnetických tenkých vrstvách je umíme vytvořit elektrickým proudovým pulzem nebo ještě rychleji laserovým pulzem – ovšem zatím pouze na náhodných místech materiálu.
Pokud bychom nicméně chtěli skyrmiony používat jako nosiče informací v elektronice příští generace, měli bychom je dokázat řídit mnohem přesněji – zejména ovládat jejich generování v přesných polohách v měřítku nanometrů a přítomnost skyrmionů také detekovat/mapovat. Právě to nyní předvedli vědci z Max Born Institute a dalších institucí.
První nová metoda spočívá v ozařování magnetického filmu fokusovaným svazkem heliových iontů, který v magnetickém materiálu flexibilně vytvoří obrazce různých tvarů a velikostí. Tato lokální modifikace velmi lehkými ionty ovlivňuje pouze magnetické vlastnosti materiálu, zatímco samotný film zůstává neporušený. Použitím iontů helia je možné předem definovat pozice, kde se skyrmiony objeví poté, co je vytvoříme krátkým pulzem elektrického proudu nebo laserového světla.
Ukázalo se, že magnetická modifikace je natolik jemná, že umožňuje dokonce řízené odpoutání skyrmionu od místa jeho vzniku a jeho následný neomezený pohyb víru. Navíc kombinací takového místa vzniku skyrmionu s vodicím kanálem se týmu podařilo prokázat kontinuální pohyb magnetického skyrmionu poháněného elektrickými proudovými pulzy na vzdálenost desítek mikrometrů tam a zpět v tzv. magnetické dráze a přitom zcela potlačit jakýkoli nežádoucí pohyb do stran.
Při druhém přístupu k předdefinování míst nukleace skyrmionů navrhli výzkumníci reflexní masky s nanovzorky na zadní straně magnetického materiálu. Tyto masky umožňují řídit amplitudy excitace dosažené při zásahu magnetické vrstvy laserem a tím i prostorové rozložení vytvořených magnetických skyrmionů v měřítku nanometrů. Protože masky jsou připraveny na zadní straně magnetické vrstvy, která je opačná než laserem osvětlovaný povrch, zachovává tato metoda volný přístup k magnetické vrstvě z přední strany, což lze dále využít např. pro detekci skyrmionů.
Hlavním nástrojem pro zkoumání skyrmionů je dnes jejich přímé zobrazování – buď viditelným světlem, nebo rentgenovým zářením. Pokud chceme studovat dynamické vlastnosti systému, potřebujeme k tomu zaznamenat film složený z mnoha snímků. Vytvořit snímek ale obvykle bohužel trvá příliš dlouho na to, abychom mohli sledovat změny v časových škálách nano- nebo pikosekund.
Lisa-Marie Kern et al, Deterministic Generation and Guided Motion of Magnetic Skyrmions by Focused He+-Ion Irradiation, Nano Letters (2022). DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00670
L.-M. Kern et al, Tailoring optical excitation to control magnetic skyrmion nucleation, Physical Review B (2022). DOI: 10.1103/PhysRevB.106.054435
Zdroj: Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy / Phys.org
