La révolution de la technologie spintronique pourrait être à quelques pas


La révolution de la technologie spintronique pourrait être à quelques pas

Dessin d’artiste de la texture de 3D caractéristique d’une tête magnétique. Les scientifiques du laboratoire de Berkeley ont créé et observé des ions de tête 3D. La découverte faire progresser les périphériques de stockage Spintronics. Crédit photo: Peter Fischer et Frances Hellman / Berkeley Lab

Il y a dix ans, la découverte de quasiparticules connues sous le nom de skyrmions magnétiques a fourni de nouveaux indices importants sur la façon dont les textures de spin microscopiques permettent la spintronique, une nouvelle classe d’électronique qui utilise l’orientation du spin d’un électron plutôt que sa charge pour coder les données utilisées.

Bien que les scientifiques aient fait de grands progrès dans ce domaine très jeune, ils ne savent toujours pas exactement comment développer des matériaux spintroniques permettant des dispositifs ultra-rapides, ultra-rapides et de faible puissance. Les Skyrmions peuvent sembler prometteurs, mais les scientifiques ont longtemps traité les skyrmions comme des objets 2D. Cependant, des études récentes ont montré que les skyrmions 2D pourraient en fait la genèse d’un motif de spin 3D appelé hopfions. Mais personne n’a pu prouver expérimentalement que les ions de houblon magnétique existent à l’échelle nanométrique.

Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par Berkeley Lab a rapporté dans Communication de la nature La première démonstration et des ions de tête 3D qui proviennent de skyrmions à l’échelle nanométrique (milliardièmes de mètre) dans un système magnétique. Les chercheurs affirment que leur découverte marque un pas en avant important dans la réalisation de dispositifs de stockage magnétique haute densité, haute vitesse, faible puissance, mais ultra-stables qui exploitent la puissance intrinsèque du spin électronique.

« Non seulement nous avons prouvé qu’il existe des textures de spin complexes telles que les ions de tête 3D – nous avons également montré comment les étudier et donc les utiliser », a déclaré le co-auteur principal Peter Fischer, chercheur principal au département de science des matériaux de Berkeley Lab. qui est également professeur agrégé de physique à l’UC Santa Cruz. « Pour comprendre comment les ions de houblon fonctionnent réellement, nous devons savoir comment les fabriquer et les étudier. Ce travail n’a été possible que parce que nous disposons de ces outils incroyables au Berkeley Lab et de nos partenariats de collaboration avec des scientifiques du monde entier », a-t-il déclaré.

Selon des études antérieures, contrairement aux skyrmions, les ions houblon ne dérivent pas lorsqu’ils se déplacent le long d’un appareil, ce qui en fait d’excellents candidats pour les technologies de données. De plus, des théoriciens britanniques avaient prédit que des ions de houblon pourraient émerger d’un système d’aimants 2D multicouches.

L’étude actuelle est la première à mettre ces théories à l’épreuve, a déclaré Fischer.

Noah Kent, Ph.D. L’étudiant en physique de l’UC Santa Cruz et du groupe Fischer du Berkeley Lab a travaillé avec des employés de la fonderie moléculaire pour découper des nanopills magnétiques à partir de couches d’iridium, de cobalt et de platine.

Les matériaux multicouches ont été présentés par Neal Reynolds, boursier postdoctoral de l’UC Berkeley, sous la supervision du co-auteur principal Frances Hellman, qui détient des titres de faculté senior au département de science des matériaux du Berkeley Lab, et du professeur de physique et de science et technologie des matériaux préparé par UC Berkeley . Elle dirige également le programme NEMM (Non-Equilibrium Magnetic Materials) du ministère de l’Énergie, qui a soutenu cette étude.

On sait que les ions de houblon et les skyrmions coexistent dans les matériaux magnétiques, mais ils ont un motif de spin caractéristique en trois dimensions. Pour les distinguer, les chercheurs ont utilisé une combinaison de deux techniques avancées de microscopie magnétique à rayons X: X-PEEM (microscopie électronique à photoémission de rayons X) dans l’installation utilisateur du synchrotron de Berkeley Lab, la source de avancée; et la microscopie magnétique à transmission de rayons X mous (MTXM) à ALBA, une installation de lumière synchrotron à Barcelone, en Espagne, pour cartographier les différents modèles de spin des ions de houblon et des skyrmions.

Pour confirmer leurs observations, les chercheurs ont effectué des simulations détaillées pour imiter comment les skyrmions 2D évoluent en ions de tête 3D dans des structures multicouches soigneusement conçues dans un dispositif magnétique et comment celles-ci apparaissent lorsqu’elles sont imagées avec une lumière de rayons X polarisée.

« Les simulations sont une partie extrêmement importante de ce processus, nous permettant de comprendre les images expérimentales et de concevoir des structures qui supportent les ions de saut, les skyrmions ou d’autres structures de spin 3D conçues », a déclaré Hellman.

Pour comprendre comment les ions de houblon fonctionnent finalement dans un appareil, les chercheurs prévoient de tirer parti des capacités uniques de Berkeley Lab et des installations de recherche de classe mondiale, que Fischer décrit comme «essentielles à ce travail interdisciplinaire», pour explorer le comportement dynamique du quixotique. .

« Nous savons depuis longtemps que les textures de spin sont presque inévitablement tridimensionnelles, même dans des films relativement minces, mais l’imagerie directe a été un défi expérimental », a déclaré Hellman. « Les preuves ici sont passionnantes et ouvrent des portes pour trouver et explorer des structures de spin 3D encore plus exotiques et potentiellement significatives. »


Tourbillons magnétiques dans un espace confiné


Plus d’information:
Noah Kent et al., Génération et observation des ions de houblon dans les systèmes magnétiques multicouches, Communication de la nature (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-21846-5

Fourni par le Lawrence Berkeley National Laboratory

Citation: La révolution technologique de la spintronique pourrait être à deux pas (2021, 8 avril) et le 8 avril 2021 sur https://phys.org/news/2021-04-spintronics-technology--hopfion.html peut être accédé

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