Ang Spintronics Revolution ay Maaaring Maging Isang Hopfion

Ginuhit ng artist ang katangiang 3D rotation texture ng isang magnetic jump. Ang mga siyentipiko ng Berkeley Lab ay lumikha at naobserbahan ang mga 3D jumps. Maaaring mapabuti ng pagtuklas ang mga aparato ng memorya ng spintronics. Credit sa Larawan: Peter Fischer at Frances Hellman / Berkeley Lab

Ang gawaing pangunguna na magkasamang isinagawa ng Berkeley Lab ay mahalaga para sa susunod na henerasyon ng mga teknolohiya ng impormasyon.

Isang dekada na ang nakakalipas, ang pagtuklas ng mga quaciparticle na tinatawag na magnetic skyrmions ay nagbigay ng mahalagang mga bagong pahiwatig sa kung paano paganahin ng mga microscopic spin texture ang spintronics, isang bagong klase ng electronics na gumagamit ng direksyon ng pag-ikot ng isang electron kaysa sa singil nito upang ma-encode ang data.

Ngunit habang ang mga siyentipiko ay gumawa ng mahusay na mga hakbang sa napakabatang larangan na ito, hindi pa rin nila lubos na nauunawaan kung paano magdisenyo ng mga materyales na spintronic na magpapahintulot sa mga aparatong ultra-mabilis, napakabilis, mababa ang lakas. Ang mga skyrmion ay maaaring mukhang promising, ngunit ang mga siyentista ay matagal nang tinatrato ang mga skyrmion bilang mga bagay na 2D lamang. Gayunpaman, iminungkahi ng mga kamakailang pag-aaral na ang 2D skyrmions ay maaaring tunay na pagsilang ng isang pattern ng pag-ikot ng 3D na tinatawag na hopfions. Ngunit walang eksperimentong napatunayan na mayroon ang mga nanoscale magnetic jumps.

Ngayon, isang pangkat ng pagsasaliksik na pinangunahan ng Berkeley Lab, Komunikasyon sa Kalikasan Ang unang pagpapakita at pagmamasid sa mga 3D tab ay umuusbong mula sa nano-scale (bilyonmilyong metro) na mga skyrmion sa isang magnetikong sistema. Sinabi ng mga mananaliksik na ang kanilang natuklasan ay nagpahayag ng isang pangunahing lakad pasulong sa pagsasakatuparan ng high-density, high-speed, low-power, ngunit labis na matibay na mga magnetic memory device na gumagamit ng intrinsic power ng electron spin.

Ang may-akda ng co-senior na si Peter Fischer, isang matandang siyentista sa Kagawaran ng Materyal na Agham sa Berkeley Lab at isang katulong na propesor, ay nagsabi, ganito Pinakita namin kung paano ito gamitin, “aniya. Physics sa UC Santa Cruz. “Upang maunawaan kung paano talaga gumagana ang Hopfs, kailangan nating malaman kung paano gawin ang mga ito at pag-aralan ang mga ito. Posible lamang ang gawaing ito salamat sa pagkakaroon ng mga kamangha-manghang tool na ito sa Berkeley Lab at pakikipagtulungan sa mga siyentista sa buong mundo,” aniya.

Ayon sa nakaraang pananaliksik, ang hopfions, hindi katulad ng skyrmions, ay hindi nadulas kapag lumipat sila sa isang aparato at samakatuwid ay mahusay na mga kandidato para sa mga teknolohiya ng data. Bukod dito, hinulaan ng mga nakikipagtulungan sa teorya sa UK na ang mga tab ay maaaring lumabas mula sa isang multi-layer na 2D magnetic system.

Sinabi ni Fischer na ang kasalukuyang pag-aaral ay ang unang sumubok sa mga teoryang ito.

Paggamit ng mga tool ng nanofabrication sa Berkeley Lab’s Molecular Foundry, Noah Kent, Ph.D. Ang mag-aaral ng pisika sa UC Santa Cruz at ang grupo ni Fischer sa Berkeley Lab, ay nagtrabaho kasama ang mga tauhan mula sa Molecular Foundry upang mag-ukit ng mga magnetikong nanopil mula sa mga layer ng iridium, kobalt, at platinum.

Ang mga multi-layered na materyales ay nilikha ng mananaliksik na postdoctoral ng UC Berkeley na si Neal Reynolds, sa ilalim ng pamagat ng senior member ng guro sa Kagawaran ng Materyal na Agham ng Berkeley Lab at sa ilalim ng pangangasiwa ng co-senior na may-akda na si Frances Hellman, propesor ng pisika at materyal na agham at engineering sa UC Berkeley. Pinangangasiwaan din niya ang programa ng Unstable Magnetic Materials (NEMM) ng Ministry of Energy, na sumusuporta sa gawaing ito.

Ang mga pag-asa at skyrmion ay kilala na magkakasamang buhay sa mga magnetikong materyales, ngunit mayroon silang isang katangian na pattern ng pag-ikot sa tatlong sukat. Kaya, upang paghiwalayin sila, ang mga mananaliksik ay gumamit ng isang kombinasyon ng dalawang advanced na diskarteng magnetikong X-ray microscopy – X-PEEM (X-ray photoemission electron microscopy) sa pasilidad ng gumagamit ng synchrotron ng Berkeley Lab, ang Advanced Light Source; at magnetic soft X-ray transmission microscope (MTXM) sa ALBA, isang pasilidad ng ilaw ng synchrotron sa Barcelona, ​​Spain, upang matingnan ang iba’t ibang mga pattern ng pag-ikot ng hopfions at skyrmions.

Upang mapatunayan ang kanilang mga napagmasdan, pagkatapos ay nagsagawa ang mga mananaliksik ng detalyadong mga simulation upang gayahin kung paano ang 2D skyrmions sa loob ng isang magnetikong aparato ay nagbago sa mga 3D bounces sa maingat na dinisenyo na mga multi-layer na istraktura at kung paano ang magiging hitsura nila kapag tiningnan ng polarized X-ray light.

“Ang simulation ay isang napakahalagang bahagi ng prosesong ito na nagpapahintulot sa amin na maunawaan ang mga pang-eksperimentong imahe at disenyo ng mga istraktura na susuporta sa mga hopfion, skyrmion, o iba pang mga dinisenyo na istrukturang 3D spin,” sabi ni Hellman.

Plano ng mga mananaliksik na gamitin ang natatanging mga kakayahan ng Berkeley Lab at mga pasilidad sa pagsasaliksik sa buong mundo upang maunawaan kung paano gagana ang hopfions sa isang aparato – upang masuri pa ang pabago-bagong pag-uugali ng quixotic quasiparticle, na inilalarawan ni Fischer na “kinakailangan upang maisagawa ang ganitong uri ng interdisciplinary magtrabaho. “.

“Matagal na nating nalalaman na ang umiikot na mga texture ay halos hindi maiwasang tatlong-dimensional, kahit na sa medyo manipis na mga pelikula, ngunit alam namin na ang direktang imaging ay pang-eksperimentong mahirap,” sabi ni Hellman. “Ang katibayan dito ay kapanapanabik at binubuksan ang pintuan sa paghanap at pagtuklas ng mas maraming exotic at potensyal na mahalagang istruktura ng 3D spin.”

Sanggunian: Noah Kent, Neal Reynolds, David Raftrey, Ian TG Campbell, Selven Virasawmy, Scott Dhuey, Rajesh V. Chopdekar, Aurelio Hierro-Rodriguez, Andrea Sorrentino, Eva Pereiro, ni Salvador “Paglikha at pagmamasid sa Hopfions sa mga magnetic multilayer system” Ferrer, Frances Hellman, Paul Sutcliffe at Peter Fischer, Marso 10, 2021, Komunikasyon sa Kalikasan.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21846-5

Kasama sa mga co-author kasama sina Fischer at Hellman sina David Raftrey, Ian TG Campbell, Selven Virasawmy, Scott Dhuey, at Rajesh V. Chopdekar ng Berkeley Lab; Si Aurelio Hierro-Rodriguez mula sa Unibersidad ng Oviedo at Andrea Sorrentino, Eva Pereiro at Salvador Ferrer mula sa ALBA Synchrotron, Spain.

Ang Advanced Light Source at Molecular Casting ay ang pasilidad ng gumagamit ng DOE Office of Science sa Berkeley Lab.

Ang gawaing ito ay suportado ng US Department of Energy’s Science Office.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

82% ng Mga Tao na Na-ospital Sa COVID-19 Bumuo ng Mga Neurological Problems

Isinasaalang-alang ang tomography ng utak. Ang mga pasyente na may mga karamdaman na nagpapahiwatig ng neurological ay kasangkot COVID-19 anim na beses na mas malamang...

“Gobsmacked” – Ang Melanie Wood ng Harvard ay Naging Unang Babae na Nanalo ng $ 1M Waterman Award sa Math

Si Melanie Wood ang unang babaeng nanalo ng isang Waterman Award sa matematika. Kredito: Stephanie Mitchell / Harvard Staff Photographer Kinikilala para sa mga...

Bagong Pagong na Natagpuan sa Huling Cretaceous ng Madagascar

Ang pagbabagong-tatag ng buhay ng Sahonachelys mailakavava, umaatake sa Madagascan na palaka tadpoles na si Belzebufo ay nagprotesta gamit ang isang espesyal na diyeta...

Natuklasan ng mga siyentista na ang loob ng Saturn – ang makapal na layer ng helium – ay nakakaapekto sa magnetic field ng mga...

Ang magnetikong patlang ni Saturn na nakikita sa itaas. Credit-Ancate Barrick / Jones Hopkins University Ginagaya ng mga mananaliksik ang mga kondisyong kinakailangan para...

Lumilikha ang mga mananaliksik ng cybersecurity ng mas mahusay na kanaryo – gamit ang AI upang lumikha ng pekeng mga dokumento

Ang bagong artipisyal na sistema ng katalinuhan ay lumilikha ng mga pekeng dokumento upang linlangin ang mga kalaban. Sa panahon ng World War II, ang...

Newsletter

Subscribe to stay updated.