Учёные впервые сняли на видео, как решётка магнитных скирмионов распадается в реальном времени, одновременно изменяя форму и размер отдельных вихрей. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Nanotechnology. Работа может помочь в создании компактных компьютеров, способных обрабатывать информацию по принципам, напоминающим работу человеческого мозга.
Скирмионы представляют собой микроскопические магнитные вихри, которые могут использоваться для хранения данных. Основная часть исследования выполнена в Институте физики Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце, Германия, при участии профессора Норвежского университета науки и технологий. Руководитель Центра квантовой спинтроники этого университета Асле Судбё объяснил: «Скирмионы — это небольшие магнитные вихри, которые могут хранить информацию совершенно новым способом».
В отличие от традиционных технологий, которым для работы с растущими объёмами данных требуются дополнительные пространство и энергия, скирмионы способны стать более экономичной альтернативой. «Вместо нынешней технологии, при которой нам постоянно нужны всё больше места и энергии для обработки данных, скирмионы могут позволить создавать гораздо меньшие и более энергоэффективные системы хранения данных», — сказал Судбё.
Потенциал этих структур связан не только с накопителями. Скирмионы изучают в рамках спинтроники — направления, использующего магнитные свойства электронов в электронных устройствах, — а также при исследовании топологических квантовых эффектов. По словам Судбё, «эти вихри нанометрового масштаба могут помочь в разработке компьютеров, напоминающих биологический мозг».
При определённых условиях отдельные скирмионы выстраиваются в повторяющиеся структуры — решётки, похожие на упорядоченное расположение атомов в кристалле, но существующие в значительно меньшем масштабе. Исследователи научились управлять такими конфигурациями и впервые одновременно наблюдали их плавление и воздействовали на каждый отдельный вихрь. «Впервые исследователям удалось в реальном времени снять, как магнитная решётка скирмионов плавится, одновременно напрямую управляя каждым отдельным скирмионом во время съёмки. Например, их форму и размер можно менять “на лету”», — отметил учёный.
Наблюдение за разрушением решётки позволяет точнее понять поведение скирмионов и влияние изменений их формы и размеров. Эти сведения могут оказаться важными для разработки будущих вычислительных систем, где информация обрабатывается с помощью магнитных свойств, а не только традиционных транзисторов. «Результаты дают нам новое представление о поведении частиц этого типа. Поэтому они могут иметь значение для создания более энергоэффективных компьютерных технологий в будущем», — заявил Судбё, добавив: «Это может изменить наше представление о компьютерах».