Figura 1:Representação gráfica de skyrmions magnéticos. Enquanto os ferromagnetos têm seus spins (momentos magnéticos, representados como setas) alinhados uniformemente de forma paralela, skyrmions magnéticos são formados por spins dispostos em forma de redemoinho.
Estamos atingindo os limites das capacidades de silício em termos de densidade de armazenamento de dados e velocidade dos dispositivos de memória. Um dos elementos potenciais de armazenamento de dados da próxima geração é o skyrmion magnético. Uma equipe do Centro de Sistemas Eletrônicos Correlacionados, dentro do Institute for Basic Science (IBS, Coreia do Sul), em colaboração com a Universidade de Ciência e Tecnologia da China, relataram a descoberta de skyrmions pequenos e ajustáveis ferroeletricamente. Publicado em Materiais da Natureza , este trabalho apresenta novas vantagens atraentes que trazem a pesquisa do skyrmion um passo mais perto da aplicação.
Prevê-se que o armazenamento de memória em skyrmions - perturbações magnéticas estáveis de giros giratórios (momentos magnéticos) - seria mais rápido de ler e escrever, consomem menos energia, e geram menos calor do que as junções de túnel magnético usadas atualmente. Em dispositivos futuros de memória e lógica, 1 e 0 bits corresponderiam à existência e não existência de um skyrmion magnético, respectivamente. Embora vários sistemas skyrmion tenham sido descobertos em laboratórios, ainda é muito desafiador produzir controláveis, skyrmions de tamanho nanométrico para nossas necessidades de tecnologia.
Neste estudo, os pesquisadores descobriram que skyrmions com um diâmetro menor que 100 nanômetros se formam espontaneamente em material ultrafino, consistindo em uma camada de titanato de bário (BaTiO 3 ) e uma camada de rutenato de estrôncio (SrRuO 3 ) Abaixo de 160 Kelvin (-113 Celsius), SrRuO 3 é ferromagnético, o que significa que seus spins estão alinhados uniformemente de forma paralela. Quando as duas camadas são sobrepostas, Contudo, uma interação magnética especial gira SrRuO 3 giros de, gerando skyrmions magnéticos. Essa estrutura magnética peculiar foi detectada abaixo de 80 Kelvin (-193 Celsius) usando microscopia de força magnética e medições de Hall.
Figura 2:Controlando a densidade dos skyrmions com campos elétricos. Este estudo mediu skyrmions em um material ultrafino feito de uma camada ferromagnética de rutenato de estrôncio (SrRuO3), coberto com uma camada ferroelétrica de titanato de bário (BaTiO3) e cultivado em um substrato de titanato de estrôncio (SrTiO3). BaTiO3 é ferroelétrico, o que significa que tem uma polarização elétrica permanente e comutável (), enquanto SrRuO3 é ferromagnético abaixo de 160 Kelvin (-113 Celsius). Na interface BaTiO3 / SrRuO3, a polarização ferroelétrica BaTiO3 gira os spins em SrRuO3, gerando skyrmions. Se os pesquisadores mudarem a direção da polarização em BaTiO3, a densidade dos skyrmions muda. Crédito:Institute for Basic Science
Além disso, manipulando a polarização ferroelétrica do BaTiO 3 camada, a equipe foi capaz de alterar a densidade dos skyrmions e a estabilidade termodinâmica. A modulação é não volátil (persiste quando a energia é desligada), reversível, e nanoescala.
"Skyrmions magnéticos e ferroeletricidade são dois tópicos de pesquisa importantes na física da matéria condensada. Eles geralmente são estudados separadamente, mas nós os juntamos, "explica Lingfei Wang, primeiro autor do estudo. "Esta correlação fornece uma oportunidade ideal para integrar a alta capacidade de ajuste de dispositivos ferroelétricos bem estabelecidos com as vantagens superiores dos skyrmions em dispositivos lógicos e de memória de próxima geração."
Figura 3:Exemplos de skyrmions de baixa e alta densidade. Imagens de microscopia de força magnética com cores proporcionais ao campo magnético local. Crédito: Materiais da Natureza
