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下一代信息技術(shù):自旋電子學(xué)革命可能就在一念之間

來源:cnBeta.COM 字號: [ 大 ] [ 中 ] [ 小 ]

  十年前,被稱為磁性Skyrmions的準粒子發(fā)現(xiàn)為微觀自旋織構(gòu)如何使自旋電子學(xué)成為可能提供了重要的新線索,自旋電子學(xué)是一種利用電子自旋方向而不是電荷來編碼數(shù)據(jù)的新型電子學(xué)。盡管科學(xué)家們在這個非常年輕的領(lǐng)域取得了巨大的進步,但他們?nèi)匀徊煌耆私馊绾卧O(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)超小型、超高速、低功耗器件的自旋電子學(xué)材料。

  Skyrmions看起來很有希望,但科學(xué)家們長期以來一直將Skyrmions僅僅視為二維物體。然而,最近的研究表明,2D Skyrmions實際上可能是3D自旋模式Hopfion的起源。但是還沒有人能夠通過實驗證明納米尺度上存在磁性Hopfion。

  現(xiàn)在,由伯克利實驗室共同領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組在《自然通訊》上報道了首次在磁性系統(tǒng)中以納米尺度(十億分之一米)展示和觀察到的從skyrmions中出現(xiàn)的3D Hopfion。研究人員說,他們的發(fā)現(xiàn)預(yù)示著在實現(xiàn)高密度、高速、低功耗、超穩(wěn)定的磁存儲設(shè)備方面向前邁出了一大步,這種磁存儲設(shè)備利用了電子自旋的固有能量。

  研究人員不僅證明了像3D Hopfion這樣復(fù)雜的自旋紋理的存在,他們還演示了如何研究和利用它們。根據(jù)之前的研究,hopfion與skyrmions不同,當它們在設(shè)備上移動時不會漂移,因此是數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)秀候選。此外,英國的理論合作者預(yù)測,Hopfion可能從多層2D磁系統(tǒng)中產(chǎn)生。

  眾所周知,Hopfions和skyrmions在磁性材料中共存,但它們在三維空間有一個特征性的自旋模式。因此,為了區(qū)分它們,研究人員使用了兩種先進的磁性X射線顯微鏡技術(shù)的組合對hopfions和skyrmions的獨特自旋模式進行成像。為了證實他們的觀察結(jié)果,研究人員隨后進行了詳細的模擬,以模擬磁性器件內(nèi)部的2D skyrmons如何在精心設(shè)計的多層結(jié)構(gòu)中演化成3D hopfions,以及這些在偏振X射線光成像時將如何出現(xiàn)。

  為了了解Hopfion最終將如何在設(shè)備中發(fā)揮作用,研究人員計劃利用伯克利實驗室的獨特能力和世界一流的研究設(shè)施以進一步研究這種準粒子的動力學(xué)行為。

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