Управлять скирмионами с помощью тепла научились специалисты RIKEN
Слабые тепловые поля можно использовать для управления движением магнитных вихрей, называемых скирмионами, обнаружили физики из RIKEN, 23 августа сообщает журнал Nature Communications.
Скирмионы — это микроскопические вихри, которые образуются, когда магнитный поток от группы атомов группируется в спираль. Они могут перемещаться внутри материала, и при определенных условиях группироваться вместе, образуя регулярную структуру, известную как решетка скирмионов.
Скирмионы рассматриваются в качестве энергоэффективных носителей информации в компьютерных микросхемах следующего поколения. Ими уже научились управлять, применяя электрические токи и магнитные поля, но управление с помощью теплового потока является новым фактом.
«Это захватывающая перспектива, поскольку это повысит возможность использования отработанного тепла для перемещения скирмионов», — говорит Сючжэнь Юй из RIKEN.
Ученые показали, как температурный градиент можно использовать для продвижения скирмионов в электрически изолирующем магнитном материале. Они построили устройство, состоящее из пластины, миниатюрного нагревательного элемента и двух электрических термометров. Затем они сгенерировали скирмионы шириной примерно 60 нанометров в пластине, охладив ее примерно до -253 градусов Цельсия и приложив магнитное поле. Эти скирмионы собрались в стабильную сотовую структуру, известную как гексагональная решетка скирмионов.
Затем ученые немного увеличили температуру на одном конце пластины и с помощью просвечивающего электронного микроскопа наблюдали, как это влияет на скирмионы. Температурного градиента в сотые доли градуса на миллиметр пластины было достаточно, чтобы заставить скирмионы двигаться.
Выше этого порога край сотовой решетки сместился от более холодного к более теплому концу пластины, двигаясь в направлении, противоположном потоку тепла. Для этого требовалась очень низкая тепловая мощность — всего 10 микроватт, что в сотни или тысячи раз меньше, чем мощность, необходимая для перемещения скирмионов с помощью электрических токов или магнитных полей. Используя немного более высокую мощность, отдельные скирмионы могли проходить через пластину за счет температурного градиента.
Исследователи говорят, что это первый случай, когда движение скирмиона, вызванное нагревом, было замечено в изолирующем магните.
В настоящее время команда изучает индуцированную теплом динамику скирмионов, включая их превращение в свои античастицы — антискирмионы в металлических системах при комнатной температуре.
