En el monosilicida de manganeso MnSi, los vórtices magnéticos microscópicos - skyrmions - pueden comportarse como "colectivistas" o "individuos", es decir, pueden crear una estructura única, o también pueden dividirse individualmente. Estos son los hallazgosde científicos del MIPT y del Instituto de Física General Prokhorov de RAS. Estudiar el comportamiento de los skyrmions ayudará a crear dispositivos cuánticos únicos basados en nuevos principios físicos.
El monosilicida de manganeso es un objeto modelo para la espintrónica: una rama de la electrónica cuántica para estudiar la posibilidad de controlar las corrientes polarizadas por espín los dispositivos electrónicos y de radio convencionales usan portadores de carga no polarizados.Los estados como bits de información ayudarán a los científicos a desarrollar procesadores más rápidos y compactos con bajos niveles de consumo de energía y memoria no volátil rápida y confiable. Es por eso que los científicos están estudiando cuidadosamente las propiedades electrónicas y magnéticas de materiales con estructuras magnéticas exóticas.
Los teóricos aún no pueden explicar completamente las propiedades magnéticas inusuales del monosilicida de manganeso. Por ejemplo, a temperaturas muy bajas aproximadamente -245 ° C el campo magnético externo dentro de un cristal de monosilicida de manganeso "rota" los electrones en una disposición compleja depequeños vórtices magnéticos, o skyrmions. La estructura formada por los vórtices se asemeja a un panal, con células que tienen aproximadamente 18 nanómetros de ancho. Según la teoría, estas estructuras - celosías skyrmion - solo pueden ser estables en dos dimensiones en películas delgadas; sin embargo, las redes de skyrmion también se observan experimentalmente en cristales individuales de alta calidad de MnSi.
Para usar un skyrmion con fines prácticos, los científicos necesitan saber si la estructura magnética periódica consiste en skyrmions individuales ver imagen que se pueden examinar independientemente uno del otro, o si forma una estructura magnética más compleja que depende de la direccióndel cristal y no se puede dividir en vórtices separados.
En un estudio publicado en Informes científicos , que forma parte del Nature Publishing Group, los científicos de MIPT y GPI RAS lograron medir la resistividad del monosilicida de manganeso sólido con un alto grado de precisión ~ 10-9 Ohm * cm dependiendo de la temperatura y la dirección deEl campo magnético. Como señaló uno de los autores del artículo, el profesor Vladimir Glushkov, "en los metales magnéticos, la dispersión de portadores depende de la orientación de la estructura magnética en relación con la red cristalina y normalmente es fuertemente anisotrópica. Sin embargo,la conexión entre las estructuras magnéticas y cristalinas puede perderse si los momentos en el vórtice giran, debido a su gran número una sección transversal de un vórtice tiene más de 200 momentos magnéticos y su cambio de dirección.medir la dependencia angular de la resistencia magnética nos permite obtener información sobre la anisotropía del sistema, lo que no es posible en estudios estructurales directos ".
El experimento mostró que, en un cierto rango de temperaturas y campos magnéticos, la resistividad de MnSi en un estado con vórtices magnéticos no depende de la dirección del campo magnético, a diferencia de otros estados magnéticos cónicos o uniformemente magnetizados. Además,esta región está rodeada por otra fase de skyrmion con anisotropía significativa.
"Nuestro experimento ha revelado una clara distinción entre los dos estados diferentes de la fase skyrmion", dijo el profesor Sergey Demishev. "En términos simples, este hecho experimental significa que MnSi tiene dos tipos de redes de skyrmion con una naturaleza física diferente.El área con resistencia isotrópica corresponde a la red de skyrmion formada como resultado de la condensación de vórtices magnéticos individuales. La bolsa circundante que se extiende en la dirección H || [001] es una fase magnética anisotrópica compleja que no puede descomponerse encuasi partículas individuales - skyrmions. Las observaciones de una red de skyrmion que consiste en vórtices individuales confirman la profunda analogía con los superconductores tipo II, cuyo estado mixto está formado por vórtices de tipo Abrikosov ".
Desde un punto de vista práctico, los skyrmions individuales se pueden usar para transmitir y almacenar información y realizar varias operaciones lógicas. Los vórtices magnéticos en las estructuras de película especialmente preparadas existentes - nanopilares, son significativamente más grandes y se producen como resultado de un modo específicode fluctuaciones magnéticas en un área limitada. Por lo tanto, la espintrónica, que se basa en el uso de cuasi partículas o skyrmions individuales, abrirá nuevas perspectivas para dispositivos de miniaturización y reducirá las corrientes de control. Lo único que los físicos deben hacer ahora espara encontrar materiales similares a los superconductores de alta temperatura, en los que pequeños vórtices magnéticos serán estables a temperatura ambiente.
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Materiales proporcionado por Instituto de Física y Tecnología de Moscú . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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