Figura 1:Representación gráfica de skyrmions magnéticos. Mientras que los ferroimanes tienen sus giros (momentos magnéticos, representados como flechas) alineados uniformemente de forma paralela, Los skyrmions magnéticos están formados por giros dispuestos en forma de remolino.
Estamos llegando al límite de las capacidades del silicio en términos de densidad de almacenamiento de datos y velocidad de los dispositivos de memoria. Uno de los posibles elementos de almacenamiento de datos de próxima generación es el skyrmion magnético. Un equipo del Center for Correlated Electron Systems, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur), en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, han informado del descubrimiento de skyrmions pequeños y ferroeléctricamente sintonizables. Publicado en Materiales de la naturaleza , este trabajo presenta nuevas y convincentes ventajas que acercan la investigación de skyrmion a la aplicación.
Se prevé que almacenar memoria en skyrmions, perturbaciones magnéticas estables de giros giratorios (momentos magnéticos), sería más rápido de leer y escribir. consume menos energía, y generan menos calor que las uniones de túnel magnéticas que se utilizan actualmente. En futuros dispositivos de memoria y lógica, 1 y 0 bits corresponderían a la existencia y no existencia de un skyrmion magnético, respectivamente. Aunque se han descubierto numerosos sistemas skyrmion en laboratorios, todavía es muy difícil producir controlables, Skyrmions de tamaño nanométrico para nuestras necesidades tecnológicas.
En este estudio, los investigadores descubrieron que los skyrmions con un diámetro inferior a 100 nanómetros se forman espontáneamente en material ultradelgado, que consiste en una capa de titanato de bario (BaTiO 3 ) y una capa de rutenato de estroncio (SrRuO 3 ). Por debajo de 160 Kelvin (-113 Celsius), SrRuO 3 es ferromagnético, lo que significa que sus giros están alineados uniformemente de manera paralela. Cuando las dos capas se superponen, sin embargo, una interacción magnética especial hace girar SrRuO 3 giros, generando skyrmions magnéticos. Esta peculiar estructura magnética se detectó por debajo de 80 Kelvin (-193 Celsius) mediante el uso de microscopía de fuerza magnética y mediciones de Hall.
Figura 2:Control de la densidad de skyrmions con campos eléctricos. Este estudio midió skyrmions en un material ultrafino hecho de una capa ferromagnética de rutenato de estroncio (SrRuO3), recubierto con una capa ferroeléctrica de titanato de bario (BaTiO3) y cultivado en un sustrato de titanato de estroncio (SrTiO3). BaTiO3 es ferroeléctrico, lo que significa que tiene una polarización eléctrica conmutable y permanente (), mientras que SrRuO3 es ferromagnético por debajo de 160 Kelvin (-113 Celsius). En la interfaz BaTiO3 / SrRuO3, la polarización ferroeléctrica BaTiO3 hace girar los giros en SrRuO3, generando skyrmions. Si los investigadores cambian la dirección de polarización en BaTiO3, la densidad de los skyrmions cambia. Crédito:Instituto de Ciencias Básicas
Además, manipulando la polarización ferroeléctrica del BaTiO 3 capa, el equipo pudo cambiar la densidad y la estabilidad termodinámica de los skyrmions. La modulación no es volátil (persiste cuando se apaga la alimentación), reversible, y nanoescala.
"Los skyrmions magnéticos y la ferroelectricidad son dos temas importantes de investigación en la física de la materia condensada. Por lo general, se estudian por separado, pero los juntamos, "explica Lingfei Wang, primer autor del estudio. "Esta correlación brinda una oportunidad ideal para integrar la alta capacidad de sintonización de dispositivos ferroeléctricos bien establecidos con las ventajas superiores de skyrmions en dispositivos de memoria y lógica de próxima generación".
Figura 3:Ejemplos de skyrmions de baja y alta densidad. Imágenes de microscopía de fuerza magnética con colores proporcionales al campo magnético local. Crédito: Materiales de la naturaleza
