Die Transformation zwischen verschiedenen topologischen Spintexturen

Skyrmionen und Bimeronen sind grundlegende topologische Spintexturen in magnetischen Dünnfilmen mit asymmetrischen Austauschwechselwirkungen, und sie können als Informationsträger für Speicher der nächsten Generation mit niedrigem Energieverbrauch, fortschrittliches neuromorphes Computing und fortschrittliches Quantencomputing verwendet werden. Sie haben mehrere Freiheitsgrade, die Informationen tragen können.

Die Transformation zwischen isolierten Skyrmionen und Bimeronen wird eine wesentliche Operation für zukünftige Computerarchitekturen sein, die auf mehreren unterschiedlichen topologischen Bits basieren. Daher ist es für die Gemeinschaft wichtig, effektive Wege zu finden, um die Erzeugung, Transformation und Manipulation von Skyrmionen und Bimeronen in magnetischen Materialien zu realisieren.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Nano-Buchstabendemonstriert die Gruppe um Xiaoxi Liu in Experimenten und Simulationen, dass die Erzeugung isolierter Skyrmionen und ihre anschließende Umwandlung in Bimerone in einer Magnetscheibe möglich sind, die von einer stromdurchflossenen und omegaförmigen Mikrospule umgeben ist, wo das durch elektrischen Strom induzierte Oersted-Feld und temperaturinduzierte Schwankungen der senkrechten magnetischen Anisotropie spielen eine wichtige Rolle bei der Umwandlung zwischen Skyrmionen und Bimeronen.

Forscher fanden heraus, dass der in die Mikrospule eingespeiste Strom ein Oersted-Feld erzeugen kann, um die Magnetisierung der Magnetplatte in Richtungen außerhalb der Ebene umzuschalten. Unterdessen kann der in die Mikrospule injizierte Strom die Magnetplatte erwärmen und führt zu einem Anstieg der Vorrichtungstemperatur.

Dadurch wird in der Magnetplatte eine temperaturinduzierte Abnahme der magnetischen Anisotropie realisiert, die zu einer Umorientierung der Magnetisierung von der Out-of-Plane-Richtung in die In-Plane-Richtung führt und somit die Umwandlung von Skyrmionen zu Bimeronen fördert. Forscher finden auch deformierte Skyrmion-Blasen und chirale Labyrinthdomänen während der Transformation zwischen Skyrmionen und Bimeronen.

Die Ergebnisse der Forscher demonstrieren die Möglichkeit, dass zwei verschiedene Arten von topologischen Spintexturen von einem gleichen Magnetfilm mit asymmetrischen Austauschwechselwirkungen beherbergt werden können, was Richtlinien für den Aufbau neuartiger spintronischer Anwendungen basierend auf verschiedenen Arten von topologischen Spintexturen liefern könnte.

„Unser Experiment hat zum ersten Mal die Transformation zwischen verschiedenen topologischen Spintexturen verdeutlicht“, erklärt Liu. Er erwähnt auch: „Skyrmionen und Bimerone sind zwei der wichtigsten Informationsträger für Speicher der nächsten Generation und fortschrittliche Computerarchitekturen. Unsere Forschung hat grundlegendes physikalisches Interesse. Sie ist auch wichtig für die zukünftige Datenspeicher- und Computergemeinschaft.“

Die Forscher werden versuchen, magnetische und spintronische Geräteanwendungen zu untersuchen, die auf der Transformation verschiedener Arten von topologischen Spintexturen basieren. Ein Beispiel sind die spannungsgesteuerten spintronischen Bauelemente auf der Basis von Skyrmionen und Bimeronen. „Unser ultimatives Ziel ist die Anwendung topologischer Spin-Texturen für niedrigen Energieverbrauch, Speicher mit hoher Dichte und fortschrittliches neuromorphes Computing“, sagt Liu.