Sciencemag.cz
Doporučujeme
Fyzikové z japonského centra RIKEN prokázali, že k ovládání pohybu skyrmionů, tedy magnetických vírů, lze použít i nepatrné množství tepla. Objev by mohl pomoci vyvíjet energeticky účinné formy elektroniky, které budou využívat odpadní teplo.
O skyrmionech se často uvažuje jako o nosičích informací v počítačích/elektronice příští generace. Skyrmiony se mohou pohybovat uvnitř materiálu a za určitých podmínek se shlukují do pravidelného uspořádání, tzv. skyrmionové mřížky (horní část obrázku dole).
Dosud jsme dokázali se skyrmiony manipulovat pomocí elektrického proudu a magnetického pole, ovládání teplem (gradientem teploty) je novinkou. Vše bylo prozatím demonstrováno v magnetickém materiálu, který byl po elektrické stránce izolantem.
Xiuzhen Yu z RIKEN Center for Emergent Matter Science a její kolegové sestrojili zařízení, které se skládalo z destičky vlastního materiálu, miniaturního topného tělesa a dvou elektrických teploměrů. Destičku pak ochladili na teplotu asi -253 °C a přivedli na ni magnetické pole. V destičce se následkem toho vytvořily skyrmiony o šířce zhruba 60 nanometrů a shromáždily se do stabilní šestiúhelníkové struktury (hexagonální skyrmionová mřížka).
Vědci poté mírně zvýšili teplotu na jednom konci destičky a pomocí transmisního elektronového mikroskopu sledovali, co se bude dít se skyrmiony dál. Jak se ukázalo, teplotní gradient o velikosti pouhé jedné setiny stupně na milimetr materiálu stačí k tomu, aby se skyrmiony daly do pohybu. Nad touto hranicí se okraj mřížky pohyboval od chladnějšího k teplejšímu konci destičky, v protisměru k toku tepla (spodní část obrázku dole). Potřebný výkon byl velmi malý, pouhých 10 mikrowattů, což je stokrát nebo tisíckrát méně než výkon potřebný k pohybu skyrmionů pomocí elektrického proudu nebo magnetického pole. Při použití o něco vyššího výkonu by se mohlo hýbat s jednotlivými skyrmiony i odděleně.
Autoři studie dále zkoumají teplem indukovanou dynamiku skyrmionů, včetně přeměny skyrmionů na jejich antičástice (antiskyrmiony) v kovových systémech a při pokojové teplotě.
Skyrmiony se často uspořádávají do hexagonálních mřížek (nahoře). Výzkumníci z RIKENu ukázali, že teplotní gradient v tenké destičce z izolačního magnetického materiálu (dole) lze využít k pohybu skyrmionových mřížek z chladnější (modrá) na teplejší (červená) stranu zařízení. Kredit: RIKEN Center for Emergent Matter Science
Xiuzhen Yu et al, Real-space observations of 60-nm skyrmion dynamics in an insulating magnet under low heat flow, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-25291-2
Zdroj: RIKEN / Phys.org
Poznámka PH: Antiskyrmiony velmi stručně zmiňuje anglická Wikipedia v hesle věnovaném skyrmionům.
