Un equipo de científicos dirigido por el Instituto Max Born MBI, Berlín, Alemania, y el Instituto Tecnológico de Massachusetts MIT, Cambridge, EE. UU., Ha demostrado cómo pequeños patrones de magnetización conocidos como skyrmions se pueden escribir en un material ferromagnéticomás rápido de lo que se creía posible. Los investigadores han aclarado cómo cambia la topología del sistema magnético en este proceso. Como se informó en la revista Materiales naturales , los hallazgos son relevantes para las transiciones de fase topológica en general y pueden inspirar nuevas rutas sobre cómo usar skyrmions magnéticos en tecnología de la información.
Los skyrmions magnéticos son pequeños remolinos en la magnetización de películas magnéticas delgadas, donde la dirección de magnetización apunta en diferentes direcciones. Resulta que el patrón de magnetización particular se puede caracterizar de acuerdo con su llamada topología, un concepto matemático para describirla forma o geometría de un cuerpo, un conjunto o, como en este caso, un campo físico ver cuadro de información sobre topología. Es importante destacar que la topología de skyrmions es diferente del estado uniforme simple donde la magnetización apunta en la misma direcciónen todas partes. Para cambiar entre los dos patrones de giro, también se debe cambiar la topología del sistema. Esto contribuye sustancialmente a la estabilidad de los skyrmions, pero también hace que su rápida creación sea muy difícil.
En su trabajo, que emplea imágenes de skyrmions de tamaño nanométrico con rayos X y electrones, los investigadores pudieron demostrar por primera vez que un solo pulso láser de suficiente intensidad permite crear skyrmions con una topología particular, es decir, elEl patrón de magnetización gira solo de una manera particular.
A continuación, se propusieron comprender cómo tal cambio de topología está mediado por el pulso láser mediante la investigación de cómo esta transición de un patrón uniforme a skyrmions avanza en el tiempo. Con ese fin, realizaron experimentos de dispersión de rayos X en el campo x-Láser de electrones libres de rayos XFEL europeo en Hamburgo, Alemania, donde se detecta la desviación del haz de rayos X por los skyrmions. Golpear la película delgada ferromagnética en su estado uniforme primero con un pulso de láser óptico seguido de un láser de rayos Xpulso, pudieron trazar cómo el tamaño y el espaciamiento de los skyrmions evolucionan con el tiempo. El primer resultado sorprendente fue que el cambio topológico terminó después de 300 picosegundos, que es significativamente más rápido que lo observado para los skyrmions en cualquier otro sistema ferromagnético antes.datos con simulaciones teóricas, el equipo pudo inferir cómo se produce la transición topológica. El pulso láser promueve el sistema en un estado de alta temperatura donde la magnetización breasciende en pequeñas regiones fluctuantes independientemente, cambiando rápidamente su dirección de magnetización.En este estado de fluctuación topológica, la barrera de energía para la nucleación de los skyrmions se reduce mucho, y aparecen y desaparecen continuamente.A medida que el sistema se enfría después de la excitación del láser, algunos de los pequeños núcleos de skyrmion se congelan y posteriormente crecen para formar los skyrmions más grandes, que se han observado en los experimentos de imágenes iniciales.
Dado que los skyrmions pueden tener un tamaño en el rango de diez nanómetros y, sin embargo, ser muy estables a temperatura ambiente, estos hallazgos pueden tener implicaciones interesantes para los conceptos futuros de procesamiento y almacenamiento de datos magnéticos. Ya hoy, la formación de bits "ordinarios"en un disco duro magnético está limitado por la capacidad de cambiar bits muy pequeños pero estables con un campo magnético. Se anuncia que el calentamiento local por láser es el próximo paso tecnológico para proporcionar una mayor densidad de almacenamiento y la conmutación topológica de skyrmions a través de pulsos de láserpuede agregar un nuevo giro a eso.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Forschungsverbund Berlín . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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