|
Министерство энергетики США увидело загадочный объект
|
|
|
|
Ученые из Министерства энергетики США обнаружили, что чрезвычайно малочисленный объект, который ранее предсказывался только теоретически и наблюдался в экспериментальных условиях, наконец-то был запечатлен на трехмерных рентгеновских снимках.
|
|
|
|
Известные как магнитные скирмионы, эти статически стабильные солитоны — класс квазичастиц, характеристики которых, как известно, затрудняют их описание, — по-прежнему представляют особый интерес для исследователей из-за их потенциального применения в таких областях, как микроэлектроника. В будущем магнитные скирмионы могут в конечном итоге помочь в разработке новых и более эффективных методов хранения больших объемов данных, и это применение может оказаться полезным, поскольку ученые продолжают развивать область квантовых вычислений.
|
|
|
|
Препятствием для такого применения является тот факт, что в настоящее время наше понимание скирмионов остается ограниченным, и детальная визуализация этих ускользающих текстур, подобных частицам, до сих пор была столь же труднодостижимой.
|
|
|
|
В новом исследовании, проведенном старшим научным сотрудником Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли при Министерстве энергетики США Питером Фишером, были использованы новые методы трехмерной рентгеновской визуализации для получения наиболее подробных изображений скирмионов, которые когда-либо были обнаружены, что помогло охарактеризовать эти любопытные квазичастицы и дало исследователям беспрецедентную возможность измерить ориентацию спинов, возникающих внутри них.
|
|
|
|
|
|
|
Фишер сказал, что результаты работы команды предлагают принципиально новую основу для исследователей, изучающих наноразмерную метрологию для устройств спинтроники.
|
|
|
|
Тайна магнитных скирмионов
|
|
|
|
Дэвид Рафтри, ведущий автор нового исследования, подробно описывающего это достижение, сравнивает магнитные скирмионы с крошечными вращающимися очагами магнетизма, где магнитное вращение по направлению к центру этих крошечных очагов направлено вверх. Напротив, магнитная сила, создаваемая этими объектами, смещается в направлении вниз, ближе к центру скирмиона.
|
|
|
|
Рафтри, в настоящее время студент-исследователь из команды Фишера в лаборатории Беркли, говорит, что скирмионы обладают замечательной скоростью, стабильностью и топологией, что означает, что их нелегко развернуть. Такие свойства являются частью того, что делает скирмионы привлекательными для исследователей, поскольку они являются индикаторами их потенциальной полезности при хранении и переносе информации, подобно тому, как в настоящее время электроны используются для этих целей в электронных запоминающих устройствах.
|
|
|
|
“Использование заряда электрона, как это делается сегодня, сопряжено с неизбежными потерями энергии”, - сказал Рафтри в недавнем заявлении, отметив, что спины, связанные с магнитными скирмионами, привели бы к значительно меньшим потерям, чем те, которые связаны с электронами.
|
|
|
|
В прошлом проверить это было сложно, поскольку большинству исследователей приходилось полагаться на теоретические концепции об этих неуловимых квазичастицах, в основном опираясь на их двумерные описания. При практическом использовании в реальных приложениях ограничение скирмионов только двумя измерениями не работает: они должны быть представлены в виде 3D-объектов, что позволит исследователям полностью изучить характеристики вращения, присутствующие во всей их совокупности.
|
|
Получение томографических изображений скирмиона
|
|
|
|
Рафтри говорит, что еще одна проблема, связанная с необычной динамикой скирмионов, заключается в том, что магнитные вихри, создаваемые их вращением, могут сильно отличаться от одной части к другой, и что одной из задач команды было найти способ достоверно продемонстрировать это.
|
|
|
|
Команда начала с того, что использовала тонкий магнитный слой в сочетании с нанодиском с рисунком, изготовленным на нанофабрике молекулярного литейного производства лаборатории Беркли. После изготовления этот нанодиск был доставлен на завод Swiss Light Source в Швейцарии, где специализированный процесс, известный как магнитная рентгеновская ламинография, проводимый с использованием специальной микроскопической линии, позволил получить томографические изображения, необходимые для создания трехмерного изображения магнитного скирмиона.
|
|
|
|
Рафтри сказал, что возможности установки позволили ему воссоздать композицию скрюрмиона на основе большого количества изображений и данных. Этот процесс занял несколько месяцев, но в конечном итоге оказался успешным, предоставив беспрецедентное представление о заведомо неуловимом объекте и его спиновых структурах.
|
|
|
|
Рафтри сказал, что новые изображения, полученные лабораторией Беркли и ее подразделениями, “открывают возможности для изучения и адаптации 3D-топологических спинтронных устройств”, которые, по его словам, могут обладать “расширенными функциональными возможностями, которые не могут быть достигнуты в двух измерениях”.
|
|
|
|
Источник
|
