Znajdź zawartość

Fizycy z Forschungszentrum Jülich oraz uniwersytetów w Hamburgu i Kilonii jako pierwsi odkryli skyrmiony - spiralne magnetyczne struktury - na powierzchni, a nie w głębi materiałów. W przyszłości obecność skyrmionów może posłużyć do budowy nośników danych. Istnienie skyrmionów postulowano od ponad 20 lat. Po raz pierwszy zauważono je w roku 2009, a przed rokiem pisaliśmy o pierwszej bezpośredniej obserwacji skyrmionów. Teraz niemieccy uczeni zauważyli je na powierzchni jednoatomowej grubości warstwy żelaza nałożonej na iryd. Skyrmiony te zostały utworzone przez nie więcej niż 15 atomów, a ich średnica nie przekracza kilku atomów, co oznacza, że są o co najmniej jeden rząd wielkości mniejsze niż skyrmiony dotychczas obserwowane. Magnetycznie stabile byty, które odkryliśmy, zachowują się jak cząsteczki i układają się na dwuwymiarowej siatce w strukturę podobną do atomów. To odkrycie oznacza dla nas, że sny się ziściły - mówi profesor Stefan Blügel. Już przed czterema laty ten sam zespół naukowców odkrył nowy porządek magnetyczny w cienkiej warstwie manganu pokrywającego wolfram i udowodnił, że do jego powstania przyczyniło się oddziaływanie Działoszyńskiego-Moriya. To samo zjawisko jest konieczne do powstania spiralnych skyrmionów. Obliczenia wykonane za pomocą superkomputerów wykazały, że do odpowiedniego ułożenia spinów i powstania skyrmionów przyczyniły się oddziaływanie Działoszyńskiego-Moriya, konwencjonalne oddziaływania pomiędzy spinami oraz nielinearne oddziaływanie pomiędzy czterema spinami. Teraz chcemy zbadać wpływ elektryczności na skyrmiony. W jaki sposób spiny elektronów będą oddziaływały na magnetyczne spirale, jak wpłynie to na same spirale i na oporność - mówi profesor Blügel.

Po raz pierwszy udało się bezpośrednio zobrazować skyrmiony, bardzo rzadki rodzaj momentu magnetycznego. Osiągnięcie jest dziełem zespołu z japońskiego Instytutu Zaawansowanej Nauki RIKEN, pracującego pod kierunkiem Yoshinoriego Tokury. W tradycyjnych ferromagnesach momenty magnetyczne poszczególnych atomów układają się równolegle do siebie, w tym samym kierunku. Jednak w niektórych magnesach oddziaływanie pomiędzy elektronami powoduje, że powstaje skyrmion czyli podobne do wiru ułożenie momentów magnetycznych. Współczesna fizyka do końca nie wie, czym są skyrmiony. Są one zwykle utożsamiane z barionami lub szerzej z solitonami. Japończycy wykorzystali elektronowy mikroskop transmisyjny (TEM), który pozwala na obrazowanie struktur magnetycznych w wysokich rozdzielczościach. Dotychczas sądzono, że w ten sposób nie uda się zobrazować skyrmionów, gdyż do ich ujrzenia konieczne jest przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego. A to, jak uważano, zakłóci obraz. Uczeni z RIKEN zauważyli jednak, że zakłócenia nie występują, jeśli zewnętrzne pole zostaje przyłożone prostopadle do soczewek mikroskopu. Naukowcy zaobserwowali ułożenie skyrmionów, byli też w stanie oglądać pojedynczy skyrmion i stwierdzić, że są one stabilne. To z kolei umożliwi manipulowanie skyrmionami, co może w przyszłości pozwolić na zbudowanie nowego rodzaju pamięci magnetycznych czy urządzeń elektronicznych. Na razie jednak są to tylko rozważania dotyczące dalekiej przyszłości. Obecnie skrymiony można obserwować w temperaturze około 40 kelwinów (ok. -233 C). W przyszłości będziemy musieli nie tylko znaleźć materiały, w których skyrmiony są stabilne w temperaturze pokojowej, ale również nauczyć się manipulowania ich ruchem za pomocą zjawisk elektromagnetycznych - stwierdził Tokura.