Ímãs e fenômenos magnéticos sustentam a grande maioria do armazenamento de dados moderno, e as escalas de medição para pesquisas focadas em comportamentos magnéticos continuam encolhendo com o resto da tecnologia digital. Skyrmions, por exemplo, são uma espécie de nanoímã, composto de um conjunto de elétrons com correlação de spin que atua como um ímã topológico em certas superfícies microscópicas. As propriedades precisas, como orientação de rotação, de tais nanoímãs podem armazenar informações. Mas como você pode mover ou manipular esses nanoímãs à vontade para armazenar os dados que deseja?
Nova pesquisa de um German-U.S. colaboração agora demonstra essa capacidade de leitura / gravação usando rajadas de elétrons, codificação de estruturas de energia topológica de forma robusta o suficiente para aplicações de armazenamento de dados em potencial. Como o grupo relata esta semana em Cartas de Física Aplicada , a magnetização dessas excitações de conjunto, ou quasipartículas, é controlado adaptando o perfil dos pulsos de elétrons, variando o número total de elétrons ou sua largura no espaço.
"O trabalho mostra como a magnetização de ímãs em nanoescala pode ser dirigida por intensos pulsos de elétrons ultracurtos, "disse Alexander Schäffer, estudante de doutorado na Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg em Halle, Alemanha, e autor principal do artigo. "Os experimentos no SLAC já demonstraram o limite de velocidade final da comutação magnética com este esquema. Aqui, mostramos que pulsos de elétrons personalizados podem escrever rapidamente, apague ou troque texturas magnéticas protegidas topologicamente, como skyrmions. "
Até aqui, Schäffer diz que existem apenas algumas aplicações realizadas desses skyrmions, que são relativamente novos na vanguarda da física do estado sólido, mas suas propriedades e os recursos de pesquisa atuais os tornam maduros para as tecnologias de próxima geração.
"Na tradição do campo da dinâmica do spin em nanoestruturas, Ainda aprecio a ideia de dispositivos de memória não voláteis (de longo prazo), como a comunidade da spintrônica também está buscando, "disse ele." A bela interação entre o conceito matemático de barreiras de energia topológica e as propriedades de transporte físico dos skyrmions, que são altamente móveis, são os aspectos marcantes para mim. "
Essas excitações magnéticas não são apenas controláveis, mas os resultados da equipe confirmam muitos dos entendimentos dinâmicos fornecidos pela teoria. Além disso, seus resultados demonstram potencial para alcançar a transcrição de carga topológica semelhante por meio de pulsos de laser, cuja energia inferior e sem massa oferece uma série de benefícios práticos.
"Essas quasipartículas são robustas contra perturbações externas, e, portanto, geralmente são difíceis de manipular, e têm um alto potencial para aplicações em armazenamento de dados e computação, "Schäffer disse." Fiquei positivamente surpreso com a boa concordância entre os experimentos, análises e resultados numéricos, o que me deu uma boa sensação em continuar neste caminho. Um segundo ponto foi a descoberta de que as texturas podem ser escritas com intensidade de feixe muito mais baixa usando pulsos de elétrons fortemente focados. Isso traz sua exploração tecnológica ao alcance, uma vez que a configuração necessária de microscopia eletrônica ultra-rápida de alta energia está sendo desenvolvida atualmente no SLAC e em outros lugares em todo o mundo. "
Este passo significativo se presta a muito mais na evolução da pesquisa de ponta desta geração para os discos rígidos da próxima geração. À medida que continuam a desenvolver suas pesquisas, Schäffer e seus colaboradores estão buscando uma aplicabilidade mais ampla de várias maneiras.
"É necessário um maior desenvolvimento nas configurações para poder escrever estruturas skyrmionic em filmes estendidos, onde não podemos lucrar com confinamentos geométricos como nos nanodiscos, "Schäffer disse." Os próximos passos são múltiplos. Claro, uma realização experimental é o que buscamos com nossos colegas experimentais, especialmente a questão de quão bom o comportamento de comutação entre diferentes estados topológicos pode ser coberto por nossos cálculos. Uma simulação completa de TEM irradiado por laser de amostras magnéticas é um dos nossos grandes objetivos no momento. "
