Por primera vez, un equipo de RIKEN ha observado todo el ciclo de vida de pequeños remolinos magnéticos, revelando su nacimiento, movimiento y muerte. Esto será importante para informar el desarrollo de futuros dispositivos de memoria de bajo consumo basados ​​en estos remolinos magnéticos.

Observado por primera vez de forma experimental en 2009, Los skyrmions se forman cuando los campos magnéticos de los átomos de un material se organizan en estructuras en forma de remolino. Los Skyrmions pueden moverse como si fueran partículas y son prometedores para transmitir datos en chips de computadora y dispositivos de memoria de bajo consumo.

Los investigadores han estudiado previamente cómo se comportan los skyrmions durante las etapas individuales de sus vidas. Pero estos eventos suelen tener lugar en escalas de tiempo muy diferentes, desde menos de un nanosegundo hasta muchos microsegundos, y en longitudes que van desde nanómetros a micrómetros. Eso ha hecho que sea difícil seguir a un skyrmion durante toda su vida y comprender cómo interactúan varios skyrmions durante ese tiempo.

"Este comportamiento determinaría directamente el rendimiento de los dispositivos de memoria basados ​​en skyrmion, ", señala Takahiro Shimojima del Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente (CEMS).

Ahora, Shimojima y seis colegas del CEMS han estudiado el skyrmion durante toda su vida en una fina película de cobalto zinc manganeso.

Dado que los skyrmions normalmente pueden vivir durante más de un año en este material magnético, el equipo sembró la película con iones de galio, introduciendo defectos aleatorios que redujeron la vida de los skyrmions. "Eso nos permitió observar todo el ciclo de vida del skyrmion, ", Dice Shimojima." También imita mejor los materiales imperfectos que se utilizarían en dispositivos prácticos basados ​​en skyrmion ".

El equipo colocó la película en un campo magnético y la estudió utilizando un microscopio electrónico y dos láseres capaces de disparar pulsos de luz de nanosegundos. El primer láser excitó la muestra para generar skyrmions, antes de que el segundo láser disparara una ráfaga de electrones en el microscopio para sondear los skyrmions.

El primer pulso láser creó un lote de skyrmions en un nanosegundo. Después de unos 5 nanosegundos, estos skyrmions se contrajeron para formar formas circulares de aproximadamente 160 nanómetros de ancho. Una vez que tenían 10 nanosegundos de edad, los skyrmions comenzaron a moverse a través del material. A 100 nanosegundos, se agruparon en formas hexagonales que sobrevivieron durante otros 200 nanosegundos más o menos, antes de separarse durante los siguientes microsegundos. Finalmente, los skyrmions comenzaron a fusionarse entre sí, muriendo unos 5 microsegundos después de su nacimiento.

"Esta información debería ayudarnos a comprender los factores que podrían limitar el rendimiento de los dispositivos basados ​​en skyrmion, "Dice Shimojima. Los experimentos también demuestran cómo los defectos en los materiales magnéticos podrían usarse para controlar los skyrmions en tales dispositivos.

El equipo ahora espera desarrollar dispositivos de memoria magnética de próxima generación mediante la explotación de su nueva capacidad para realizar un control rápido y repetible de skyrmions.