Скирмионы и бимероны являются фундаментальными топологическими спиновыми текстурами в магнитных тонких пленках с асимметричными обменными взаимодействиями, и они могут быть использованы в качестве носителя информации для памяти следующего поколения с низким энергопотреблением, передовых нейроморфных вычислений и продвинутых квантовых вычислений, поскольку они имеют несколько степеней свободы, которые могут переносить информацию. Преобразование между изолированными скирмионами и бимеронами станет важной операцией для будущей вычислительной архитектуры, основанной на множестве различных топологических битов. Поэтому для сообщества важно найти эффективные способы реализации создания, преобразования и манипулирования скирмионами и бимеронами в магнитных материалах.
В недавнем исследовании, опубликованном в Нанобуквы, группа во главе с Сяоси Лю, профессором кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Синшу в Японии, и их международные сотрудники демонстрируют в экспериментах и моделировании, что создание изолированных скирмионов и их последующее преобразование в бимероны возможно в магнитном диске, окруженном токопроводящей микрокатушкой омега-формы., где индуцированное электрическим током поле Эрстеда и индуцированное температурой изменение перпендикулярной магнитной анизотропии играют важную роль в преобразовании между скирмионами и бимеронами. Исследователи обнаружили, что ток, вводимый в микрокатушку, может генерировать поле Эрстеда для переключения намагниченности магнитного диска во внеплоскостных направлениях. Между тем, ток, подаваемый в микрокатушку, может нагревать магнитный диск и приводит к повышению температуры устройства. В результате в магнитном диске реализуется вызванное температурой уменьшение магнитной анизотропии, что приводит к переориентации намагниченности с направления вне плоскости на направление внутри плоскости и, таким образом, способствует превращению из скирмионов в бимероны. Исследователи также обнаруживают деформированные пузырьки скирмионов и киральные лабиринтные домены во время трансформации между скирмионами и бимеронами.
Результаты исследователей демонстрируют возможность того, что два разных типа топологических спиновых текстур могут быть размещены на одной и той же магнитной пленке с асимметричными обменными взаимодействиями, что может послужить руководством для создания новых приложений спинтроники на основе различных типов топологических спиновых текстур.
"Наш эксперимент впервые прояснил трансформацию между различными топологическими спиновыми текстурами", - объясняет Лю. Он также упоминает: "Скирмионы и бимероны являются двумя наиболее важными носителями информации для памяти следующего поколения и передовых вычислительных архитектур. Наше исследование имеет фундаментальный физический интерес. Это также важно для будущего сообщества хранения данных и вычислительной техники".
Исследователи попытаются изучить применение магнитных и спинтронных устройств, основанных на преобразовании различных типов топологических спиновых текстур. Примером могут служить управляемые напряжением спинтронные устройства на основе скирмионов и бимеронов. "Наша конечная цель - применение топологических спиновых текстур для низкого энергопотребления, высокой плотности памяти и передовых нейроморфных вычислений". говорит Лю.
Это исследование было в основном поддержано JSP KAKENHI (грант № JP20F20363, JP21H01364, JP21K18872 и JP22F22061).
Комментарии