octobre 1, 2022

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Deux façons de les créer et de diriger leur mouvement

Figure 1 : Des skyrmions distribués de manière aléatoire au contrôle de la position nanométrique dans les couches minces magnétiques : deux méthodes utilisant l’irradiation aux ions hélium ou des masques réfléchissants à l’arrière permettent un contrôle spatial de la création et du mouvement des skyrmions à l’échelle nanométrique. Le contraste noir et blanc représente la magnétisation du film pointant soit « vers le haut » soit « vers le bas » par rapport au plan. Le ciel apparaît sous forme de points noirs sur le fond du film mince magnétique (blanc) de manière uniforme. Les skyrmions sont générés soit par un courant électrique (flèche bleue), soit par des impulsions laser (flèche rouge). Dans le cas de films minces non segmentés, ils sont répartis de manière aléatoire dans le film, tandis qu’ils sont formés à des positions prédéterminées dans un réseau carré en utilisant les procédés de structuration décrits. Crédit : MBI/Lisa Marie Kern

Les magnétosphères célestes sont de petits tourbillons d’aimantation très stables, souvent appelés « quasiparticules topologiques » car l’invariance résultante englobe ce groupe de spin. Ainsi, le ciel peut être manipulé tout en conservant sa forme. Dans les films minces magnétiques, ils peuvent facilement être formés par un courant électrique plus rapide ou une impulsion laser, bien qu’à ce jour à des positions aléatoires dans le matériau. Les skyrmions sont scientifiquement intéressants de deux points de vue : d’une part, le ciel magnétique est considéré comme porteur d’informations dans les futures technologies de l’information. D’autre part, les crêtes de ciel dans les films minces magnétiques peuvent servir de banc d’essai idéal pour étudier la dynamique des quasi-particules topologiques non triviales.


Cependant, pour progresser dans ce domaine, une génération fiable de rails magnétiques à des positions contrôlées est nécessaire. Une équipe de chercheurs, dirigée par l’Institut Max Born, a maintenant réalisé un contrôle complet à l’échelle nanométrique de la génération du ciel avec deux approches indépendantes utilisant He+Irradiation ionique ou utilisation de masques arrière réfléchissants.

Au cours des dernières années, des progrès significatifs ont été signalés dans les domaines de l’obstétrique, de l’élimination et de la motilité. skyrmions magnétiques en couches minces magnétiques. L’outil principal pour examiner ces structures magnétiques à l’échelle du nano au micromètre est de les imager directement – soit en utilisant lumière visible ou radiographies. Si nous voulons étudier les propriétés dynamiques ainsi que les propriétés spatiales, nous devons enregistrer un film composé de plusieurs images. Cependant, l’enregistrement direct de Skyrmion sur des échelles de temps pertinentes pour les nano – voire les picosecondes est presque possible – et le temps d’acquisition requis pour une seule image est généralement très long.

Ce problème est généralement résolu en utilisant des mesures stroboscopiques répétées – les expériences dites pompe-sonde – où le même processus est répété encore et encore pendant l’imagerie. Pour permettre de telles mesures résolues en temps, la dynamique du ciel magnétique doit être à la fois contrôlable et déterministe. Une équipe de chercheurs dirigée par le Max Born Institute a créé deux façons de créer de manière fiable des hauteurs de ciel aux positions souhaitées et de diriger leur mouvement – des étapes clés vers l’enregistrement vidéo du ciel en mouvement.

La première méthode est basée sur l’irradiation du film magnétique hébergeant le ciel avec un faisceau focalisé d’hélium-ion pour créer de manière flexible des motifs de différentes formes et tailles dans le matériau magnétique. Il est important de noter que cette modification locale utilisant des ions très légers n’affecte que les propriétés magnétiques du matériau alors que le film reste structurellement intact. En utilisant des ions d’hélium, il est possible de prédéterminer les situations où les Skyrmions apparaissent après avoir été libérés avec une courte impulsion de courant électrique ou lumière laser (Voir la figure 1, où les noyaux sont nucléés en deux rangées de points isolés).

En particulier, la modulation magnétique s’est avérée suffisamment douce pour permettre une séparation contrôlée du Skyrmion du site de production et son mouvement ultérieur sans entrave. De plus, en combinant le chantier de construction de Skyrmion avec un canal de guidage, l’équipe a pu démontrer le mouvement continu d’un ciel magnétique entraîné par des impulsions de courant électrique sur des dizaines de micromètres d’avant en arrière sur une soi-disant piste de course magnétique – supprimant complètement tout Mouvement latéral, partie intégrante du ciel entraîné par le courant qui s’élève.

Skyrmions magnétiques - prêts à décoller ?

Les skyrmions se déplacent dans un chemin magnétique rayonnant d’ions d’hélium. Crédit : MBI/Michael Schneider

Dans une deuxième approche des sites d’intention précédemment identifiés par Skymion, les chercheurs ont conçu des masques réfléchissants à nano-motifs au verso du matériau magnétique. Ces masques permettent de contrôler les amplitudes d’excitation atteintes lorsque le film magnétique est frappé par le laser, ce qui se traduit par une résolution à l’échelle nanométrique de la distribution spatiale du ciel magnétique généré (voir Fig. 1, où le ciel est nucléé sur une grille carrée ).

Etant donné que les masques sont préparés sur la face arrière du film magnétique correspondant à la surface éclairée par laser, le procédé conserve un accès libre à la face avant du film magnétique pour, par exemple, une détection de la hauteur du ciel. L’application de cette approche de masque arrière grâce à son accès sans entrave au film magnétique peut facilement être transférée à d’autres phénomènes de commutation photo-générés afin d’ajouter un contrôle nanométrique sur les régions transformées.

Les résultats de ces études publiés dans nanomessages Et le examen physique b, peuvent également influencer la recherche sur de nouveaux concepts informatiques et de stockage de données. Au cours des dernières décennies, nous avons observé une demande de densités de stockage de données toujours croissantes et de capacités de calcul efficaces, ce qui a suscité un intérêt industriel important pour l’exploration des effets magnétiques énergétiques à des échelles ultrarapides et ultramicroscopiques pour des applications technologiques. Un candidat potentiel pour la prochaine génération de supports d’information est le ciel magnétique. Avec le niveau de contrôle atteint pour la génération et le mouvement de Skyrmion et le potentiel de miniaturisation supplémentaire, la technologie pourrait éventuellement ouvrir la voie à de futurs appareils potentiels, tels que les mémoires de piste de course Skyrmion, les registres à décalage et skyrmion Portes logiques, portes logiques.


Une manipulation définitivement intégrée du ciel magnétique a été réalisée dans un dispositif nanostructuré


Plus d’information:
Lisa Marie Kern et al., Génération déterministe et mouvement dirigé de skyrmions magnétiques en focalisant est le rayonnement ionique + -, nanomessages (2022). DOI : 10.1021 / acs.nanolett.2c00670

L.-M. Kern et al., Personnalisation de l’excitation optique pour contrôler la nucléation magnétique, examen physique b (2022). DOI : 10.1103/ PhysRevB.106.054435

Soumis par le Max Born Institute for Nonlinear Optics and Short Pulse Spectroscopy (MBI)

la citation: Magnetic Heavens: Two Ways to Create and Direct Their Motion (2022, 7 septembre) Extrait le 7 septembre 2022 de https://phys.org/news/2022-09-magnetic-skyrmions-methods-motion.html

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