De transformatie tussen verschillende topologische spintexturen

Skyrmionen en bimeronen zijn fundamentele topologische spintexturen in magnetische dunne films met asymmetrische uitwisselingsinteracties, en ze kunnen worden gebruikt als informatiedrager voor het volgende generatie geheugen met laag energieverbruik, geavanceerde neuromorfische computing en geavanceerde kwantumcomputers. Ze hebben meerdere vrijheidsgraden die informatie kunnen dragen.

De transformatie tussen geïsoleerde skyrmionen en bimeronen zal een essentiële operatie zijn voor toekomstige computerarchitectuur op basis van meerdere verschillende topologische bits. Daarom is het belangrijk voor de gemeenschap om effectieve manieren te vinden om de creatie, transformatie en manipulatie van skyrmionen en bimeronen in magnetische materialen te realiseren.

In een recente studie gepubliceerd in Nano-lettersdemonstreert de groep onder leiding van Xiaoxi Liu in experimenten en simulaties dat het creëren van geïsoleerde skyrmionen en hun daaropvolgende transformatie naar bimeronen mogelijk is in een magnetische schijf omringd door een stroomvoerende en omega-vormige microspoel, waar het door elektrische stroom geïnduceerde Oersted-veld en temperatuurgeïnduceerde loodrechte magnetische anisotropievariatie spelen een belangrijke rol bij de transformatie tussen skyrmionen en bimeronen.

Onderzoekers ontdekken dat de stroom die in de microspoel wordt geïnjecteerd, een Oersted-veld kan genereren om de magnetisatie van de magnetische schijf in de buiten het vlak gelegen richtingen om te schakelen. Ondertussen kan de stroom die in de microspoel wordt geïnjecteerd, de magnetische schijf verwarmen en resulteert in een verhoging van de apparaattemperatuur.

Als resultaat wordt een temperatuurgeïnduceerde afname van magnetische anisotropie in de magnetische schijf gerealiseerd, wat leidt tot de heroriëntatie van de magnetisatie van de richting buiten het vlak naar de richting in het vlak en dus de transformatie van skyrmionen naar bimeronen bevordert. Onderzoekers vinden ook vervormde skyrmion-bubbels en chirale labyrintdomeinen tijdens de transformatie tussen skyrmionen en bimeronen.

De resultaten van de onderzoekers tonen de mogelijkheid aan dat twee verschillende soorten topologische spintexturen kunnen worden gehost door eenzelfde magnetische film met asymmetrische uitwisselingsinteracties, wat richtlijnen kan bieden voor het bouwen van nieuwe spintronische toepassingen op basis van verschillende soorten topologische spintexturen.

“Ons experiment verduidelijkte voor het eerst de transformatie tussen verschillende topologische spintexturen”, legt Liu uit. Hij vermeldt ook: “Skyrmionen en bimerons zijn de twee belangrijkste informatiedragers voor de volgende generatie geheugen en geavanceerde computerarchitecturen. Ons onderzoek is van fundamenteel fysiek belang. Het is ook belangrijk voor de toekomstige gegevensopslag- en computergemeenschap.”

Onderzoekers zullen proberen magnetische en spintronische apparaattoepassingen te bestuderen op basis van de transformatie van verschillende soorten topologische spintexturen. Een voorbeeld zijn de spanningsafhankelijke spintronische apparaten op basis van skyrmionen en bimeronen. “Ons uiteindelijke doel is de toepassing van topologische spintexturen voor een laag energieverbruik, geheugen met hoge dichtheid en geavanceerde neuromorfische computing”, zegt Liu.