Новости космоса и технологий. » Нанотехнологии » Как развязать магнитные наноузлы

Как развязать магнитные наноузлы

Опубликовал: Admin, 6-01-2021, 14:29, Нанотехнологии, 79, 0

Как развязать магнитные наноузлы

Скирмионы - крошечные магнитные водовороты, которые появляются в определенных комбинациях материалов - считаются многообещающими носителями информации для будущего хранения данных. Исследовательская группа из RWTH Ахенского университета, Кильского университета и Исландского университета обнаружила, что эти магнитные наноузлы развязываются двумя разными способами. Используя магнитное поле, вероятность успешного развязывания может варьироваться до 10000 раз. Это открытие может стать новаторским для будущей обработки информации с помощью скирмионов. Исследование опубликовано в Природа Физика .

Магнитные наноузлы кодируют информацию по своему наличию или отсутствию. Ключевые преимущества узлов заключаются в том, что они чрезвычайно стабильны, имеют размер всего несколько нанометров, существуют при комнатной температуре и могут перемещаться очень небольшими токами. Из-за малых токов формация считывается и записывается очень энергоэффективно. В принципе, скирмионы также могут использоваться для обработки данных, так что обработка и хранение могут быть объединены в единую структуру. Это сделало бы компьютеры более компактными и, что более важно, более энергоэффективными. Основываясь на этих многообещающих характеристиках, исследователи во всем мире стремятся оптимизировать скирмион свойства, особенно с упором на стабильность скирмионов. Хотя скирмионы обычно чрезвычайно стабильны, самые маленькие скирмионы, необходимые для адекватной плотности хранения данных, все же слишком быстро распадаются при комнатной температуре. Детальное понимание возможных механизмов распада может дать представление о том, как значительно улучшить их стабильность.

Исключительная стабильность скирмионов является результатом узловой конфигурации этих атомных магнитов. Как и в случае с веревкой, где конец веревки нужно протянуть через центральное отверстие, развязывание атомного узла требует значительных усилий. Для магнитного наноузла есть несколько более простое решение: после поворота одного атомного магнита против восстанавливающих сил соседних атомов, узел непрерывно распадается без дополнительных усилий. Однако до сих пор не было известно, какой из атомных магнитов из примерно 100 в скирмионе переворачивается легче всего и каков именно этот процесс.

Исследователи из Аахена, Киля и Рейкьявика объединили свои знания, чтобы ответить на эти вопросы. «Какой атомный магнит повернут, зависит от различных условий», - объясняет Флориан Макел из кафедры экспериментальной физики RWTH (физика твердого тела): «Изменяя Магнитное поле , Которое действует на скирмионы, мы можемвыбирать между двумя различными механизмами ». Первый механизм первоначально сжимает скирмион до размера одного нанометра, чтобы облегчить последующее изменение спина в центре. Другой механизм смещает центр узла на один нанометр к периферии скирмиона, прежде чем атомный Магнит может довольно легко менять свою ориентацию. Как объясняет профессор Маркус Моргенштерн, заведующий кафедрой экспериментальной физики (физики твердого тела): «С помощью этих двух процессов мы смогли повысить эффективность развязывания нанозучка. . Стабильность скирмиона изменяется до 10000 раз, при этом наиболее стабильная конфигурация может выдержать сто триллионов попыток развязывания узлов, прежде чем узел распустится ».

Новое понимание того, как развязать магнитные узлы, основано на точном сравнении экспериментов, проведенных в Аахене, с теоретической работой исследователей из Киля и Рейкьявик. Атомистическое компьютерное моделирование, основанное на новых теоретических инструментах, на разработку которых ушло много лет, позволяет отслеживать движение каждого атомного магнита в процессе развязывания ". Благодаря использованию конкретных параметров взаимодействия материалов, полученных из квантово-механических расчетов, моделирование очень хорошо согласуется с новаторскими экспериментами », - объясняет профессор Стефан Хайнце. В ходе экспериментов отдельные электроны откладываются в различных положениях. внутри скирмиона. В каждом положении определяется, остается ли нанозучок или исчезает с помощью избыточной энергии, обеспечиваемой дополнительными электронами. На основе этой информации составлены карты вероятности успешного развязывания узла. «Согласие между экспериментом и моделированием впечатляет», - комментирует Стефан фон Малотки из Кильского университета, проводивший моделирование. «Это большой успех нашего теоретического подхода», - добавляет доктор Павел Бессараб из Рейкьявика, который благодаря гранту Александра фон Гумбольдта работал в исследовательской группе профессора Стефана Хайнце в Киле в 2019 году.

Исследователи полагают, что новое понимание пределов устойчивости магнитных наноузлов поможет сделать их еще более стабильными на практике. Повышенная стабильность скирмионов сделает их применение в обработке информации более эффективным. По мнению исследователей, в ближайшем будущем это может помочь применить нанузлы в коммерческих хранилищах данных.

Равновесная структура скирмиона, отображаемая сверху (цветные конусы символизируют ориентацию атомных магнитов), может распадаться двумя разными способами (слева и справа). Эти пути были обнаружены с помощью компьютерного моделирования. Структура перехода показана во второй строке. Третья строка отображает соответствующее распределение энергии во время перехода с горкой энергии, отмечающей решающее изменение положения одиночного атомного магнита. Карты в самом нижнем ряду показывают скорость перехода для обоих процессов. Эти карты были определены экспериментально путем размещения дополнительных электронов в 200 различных положениях внутри скирмиона и определения того, распустился ли нанузел, путем измерения избыточной энергии электронов.


Источник


У данной публикации еще нет комментариев. Хотите начать обсуждение?

Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:
Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив


Поиск по сайту
Полезные ссылки
Оцените работу сайта

TEHNONEWS

Новости космоса технологий нанотехнологий физики и химии