Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci z japonského centra RIKEN a jejich kolegové použili teplo a magnetické pole k vytvoření transformací mezi spinovými texturami. Tímto způsobem dokázali přepínat mezi různými typy magnetických vírů (skyrmiony a antiskyrmiony) v monokrystalu. Důležité je, že efektu se podařilo dosáhnout při pokojové teplotě. Výsledky experimentu by se mohly uplatnit vývoji nových spintronických zařízení s nízkou spotřebou energie.
V minulosti se vědcům podařilo se skyrmiony různě pohybovat a vytvářet mezi nimi transformace pomocí elektrického pole/proudu. Protože však současná elektronická zařízení spotřebovávají elektrickou energii a produkují odpadní teplo, rozhodli se výzkumníci (vedoucí práce byla Xiuzhen Yu z RIKEN Center for Emergent Matter Science) najít způsob, jak namísto toho vyvolat řízené přeměny skyrmionů pomocí tepelných gradientů.
Vědci použili fokusovaný iontový paprsek k vytvoření mikrozařízení z objemového monokrystalu magnetu (Fe0,63Ni0,3Pd0,07)3P, složeného z atomů železa, niklu, palladia a fosforu, a pro následné sledování poté Lorentzovu skenovací mikroskopii (pokročilou metodu pro zkoumání magnetických vlastností materiálů ve velmi malých měřítkách).
Ukázalo se, že když na krystal působil teplotní gradient současně s magnetickým polem při pokojové teplotě, antiskyrmiony v něm se nejprve přeměnily na tzv. netopologické bubliny – jakýsi přechodný stav mezi skyrmiony a antiskyrmiony – a pak, s růstem teplotního gradientu, na skyrmiony. Poté zůstaly ve stabilní konfiguraci jako skyrmiony i po odstranění teplotního gradientu. Toto zjištění odpovídalo teoretickým očekáváním, ale druhé zjištění skupinu překvapilo: když nebylo aplikováno magnetické pole, tepelný gradient vedl k přeměně skyrmionů na antiskyrmiony, které rovněž zůstaly v materiálu stabilní.“
Pomocí odpadního tepla by tak zřejmě mělo jít přeměňovat skyrmiony a antiskyrmiony oběma směry, pouze podle toho, zda se současně zapne magnetické pole.
Antiskyrmiony mají stejně jako skyrmiony tvar spirál/vírů, ale jinak uspořádané spiny v nich („opačně“; označení antiskyrmion vyjadřuje, že oproti skyrmionu má tato kvazičástice „opačný topologický náboj“). Ve spintronice se pro ukládání dat dosud nejčastěji předpokládal koncept, že informace bude zakódována prostřednictvím toho, zda na daném místě skyrmion je, nebo není. Přepínání mezi skyrmiony a antiskyrmiony nabízí další možnosti.
Fehmi Sami Yasin et al, Heat current-driven topological spin texture transformations and helical q-vector switching, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42846-7
Zdroj: RIKEN / Phys.org, přeloženo / zkráceno
