Po prvi put imamo trodimenzionalnu sliku magnetnog skirmiona. Ova mala, spiralna greška u magnetnim svojstvima nekih materijala mogla bi da nađe primenu u elektronskim uređajima za skladištenje sledeće generacije i kvantnim računarima.
Dok su se dvodimenzionalna predviđanja skirmiona pokazala vrednim, nova istraživanja iz SAD i Švajcarske pokazuju da vrtlozi nalik česticama nisu ograničeni na ravne površine. Oni su složeniji, što čini određivanje njihove 3D strukture važnim.
Nova studija, koju vodi fizičar David Raftrei iz Nacionalne laboratorije Lorens Berkli u Kaliforniji, daje nam bolje razumevanje osnova magnetnih materijala. S obzirom na to koliko se široko koriste, postoji mnogo potencijalnih primena.
„Prisustvo skirmiona ili drugih magnetnih tekstura na mikroskopskom nivou fundamentalno određuje svojstva, ponašanje i funkcionalnost magnetnih materijala“, piše tim u svom objavljenom radu.
Na nanoskali, u određenim magnetnim materijalima, skirmioni se mogu naći kao stabilni, stojeći talasi koji se sastoje od vrtloga kontrastnih elektronskih spinova. Ovi vrtlozi se mogu pokrenuti da se kreću na određene načine, primenom električnog naboja ili magnetnog polja.
Raftrei i njegove kolege su koristili naprednu tehniku zvanu magnetna rendgenska laminografija – proces sličan medicinskom CT skeniranju za jednostavnije materijale. Kako se objekat pomera i rotira, preuzimaju se nova očitavanja, stvarajući 3D sliku.
U ovom slučaju, objekat je bio veoma mali magnetni disk koji sadrži skirmione, prečnika samo 800 nanometara i debljine 95 nanometara. Složite ih oko hiljadu jedno na drugo i bićete debljine standardnog komada papira.
Ovo nije bio brz proces – sveukupno je trajao mesecima – ali su istraživači na kraju došli do poboljšanog razumevanja skirmion spin struktura koje su tražili, zahvaljujući upotrebi nekih sofisticiranih algoritama za kombinovanje rendgenskih slika.
„U osnovi možete da rekonfigurišete i rekonstruišete [skirmion] iz ovih mnogo, mnogo slika i podataka“, objašnjava Raftri.
Sada kada su ove strukture po prvi put mapirane u 3D, znamo kako su oblikovane, kako su u interakciji i kako variraju sloj po sloj – veliko poboljšanje u odnosu na 2D slike koje smo ranije imali.
Ono što fizičari vole kod skirmiona je to što su oni veoma stabilni, veoma brzi i veoma ih je teško rastaviti. To sugeriše da bi mogli biti korisni za skladištenje 1s i 0s osnovnih podataka na kompaktniji i efikasniji način od tradicionalnih pristupa.
To je oblast nauke poznata kao spintronika, koja koristi spinove elektrona umesto elektrona kao osnovu računarskih sistema. Kao što su prethodne studije pokazale, to bi značilo velike skokove u veličini računara i minijaturizaciji.
„Oslanjanje na naelektrisanje elektrona, kao što se danas radi, dolazi sa neizbežnim gubicima energije. Korišćenjem spinova gubici će biti znatno manji“, kaže naučnik o materijalima Piter Fišer iz Nacionalne laboratorije Lorens Berkli.
„Naši rezultati pružaju osnovu za metrologiju nanorazmera za spintroničke uređaje.
Istraživanje je objavljeno u časopisu Napredak nauke.
