Зчитування магнітних скірміонів змінює електричний опір через магнітний
Читання магнітних смирміонів
Зміна електричного опору внаслідок магнітних вихрових структур
Найменші магнітні вихори - так звані скірміони - в даний час обговорюються як перспективні кандидати на біти в майбутніх надійних і компактних носіях даних.
Такі екзотичні магнітні структури можна було виявити протягом останніх кількох років в Гамбургському університеті в надтонких магнітних шарах і багатошарових системах, оскільки вони вже використовуються в головках зчитування/запису на жорстких дисках і в магнітних датчиках. Однак для читання скірміонів раніше був необхідний інший магніт.
Зараз дослідники з Гамбурзького університету та Крістіан-Альбрехтс-Університет цуль (CAU) показали, що в принципі виявити скірміони набагато простіше, оскільки електричний опір різко змінюється в магнітних вихрових структурах. Для майбутніх концепцій зберігання даних це обіцяє колосальне спрощення виробництва та застосування.
Стійкі вихори в магнітних матеріалах (див. Малюнок) були передбачені більше 25 років тому, але експериментально їх можна було довести лише кілька років тому. Відкриття таких скірміонів у тонких магнітних шарах і багатошарових шарах, які сьогодні вже використовуються в багатьох технологічних додатках, і можливість переміщення цих skyrmions з низькою щільністю електричного струму відкрило перспективу використання їх як бітів у нових типах зберігання даних.
Компанія для статті
Теми в статті
Наразі окремі магнітні вихори були виявлені або за допомогою електронної мікроскопії, або шляхом вимірювання зміни опору в тунельному контакті з магнітним зондом. Вчені з Гамбургського університету тепер змогли продемонструвати за допомогою скануючого тунельного мікроскопа, що опір також змінюється, коли для вимірювання використовується немагнітний метал.
"У нашому експерименті ми можемо переміщати металевий наконечник над поверхнею з атомною точністю і, таким чином, вимірювати опір скірміона в різних положеннях", - говорить Крістіан Ханнекен, докторант групи професора Роланда Візендангера. Це дозволяє виявити залежну від розташування зміну опору в магнітному вихорі. "Спостережувана зміна опору може становити до 100 відсотків і, таким чином, дозволяє легко виявляти скірміони", як сказав д-р. Пояснює Кірстен фон Бергманн.
Разом з фізиками-теоретиками з Кільського університету дослідники змогли пояснити, що зміна опору в магнітному вихорі обумовлена нахилом атомних магнітних стержнів від одного атома до іншого (див. Малюнок). Чим більше кут між сусідніми магнітами, тим більше змінюється електричний опір.
"Електрони мають спін, а це означає, що вони взаємодіють з магнітною структурою", - говорить проф. Стефан Хайнце з Кільського університету. Коли електрони рухаються по магнітному вихору, вони відчувають нахил між атомними стержневими магнітами, через що опір матеріалу змінюється локально. "Ми змогли зрозуміти цей ефект за допомогою складного чисельного комп'ютерного моделювання електронних властивостей і розробити просту модель зміни опору", - пояснює докторант Фабіан Отте.
Цей нещодавно виявлений ефект може бути використаний у майбутніх додатках для простого зчитування бітів skyrmion. Можливість використання будь-яких металевих електродів значно полегшує виробництво та експлуатацію нових елементів пам'яті.
Оригінальна публікація:
Електричне виявлення магнітних свірміонів шляхом тунелювання неколінеарного магнітоопору, Крістіан Ханнекен, Фабіан Отте, Андре Кубецька, Бертран Дюпе, Ніклас Роммінг, Кірстен фон Бергманн, Роланд Візендангер і Штефан Хайнце, Nature Nanotechnology, інтернет-публікація від 05.10.2015, DOI: 10.1038/nnano.2015.218.