magnetisk skyrmion – Store norske leksikon

Figuren viser to eksempler på hvordan en magnetisk skyrmion profil kan se ut i et materiale. Pilene representerer elektronspinn og fargene er ment som et ekstra visuelt hjelpemiddel for å vise deler av skyrmionet hvor elektronspinnene har samme vinkel i forhold til planet.

To ulike profiler for magnetiske skyrmioner

Av Karin Everschor-Sitte and Matthias Sitte.

Lisens: CC BY SA 3.0

Et magnetisk skyrmion er en magnetisk konfigurasjon karakterisert ved et roterende mønster som likner en virvel.

Moderne forskning på skyrmioner dreier seg i stor grad om å identifisere anvendelser av disse innenfor spinnelektronikk, for eksempel med tanke på RAM-teknologi i datamaskiner.

Beskrivelse

Typer

Magniseringsvektoren for to typiske skyrmion-konfigurasjoner vises i figuren: (a) kalles for et pinnsvinn-skyrmion mens (b) kalles et spiralt skyrmion.

Fysisk opphav og forekomst

Det finnes flere mekanismer som skaper skyrmioner i magnetiske systemer. Avhengig av den mikroskopiske mekanismen, dannes skyrmionet med en typisk utstrekning, for eksempel:

Magnetiske dipol-dipol vekselvirkning i tynne magnetiske filmer med perpendikulær magnetisk anisotropi (hvilket betyr at magnetiseringen foretrekker å peke ut av filmplanet) kan gi opphav til skyrmioner når et ytre magnetfelt påtrykkes. Typisk størrelse er 100 nm - 1 μm.
Dzyaloshinskii-Moriya vekselvirkning som eksisterer i magnetiske materialer med en krystallstruktur uten inversjonssymmetri. Eksempler på slike materialer er mangan-silisium (MnSi) og jern-germanium (FeGe). Skyrmionet dannes igjen når et ytre magnetisk felt påtrykkes. Typisk utstrekning er 5-100 nm.

Størrelsen på skyrmionet er viktig med tanke på potensiell anvendelse av skyrmioner i magnetisk minneteknologi, siden størrelsen setter begrensningen for minnetettheten man kan oppnå. En skyrmion-konfigurasjon i et magnetisk materiale kan observeres eksperimentelt via både nøytronspredning og mikroskopi-teknikker. Matematisk sett klassifiseres magnetiske skyrmioner ved et topologisk tall som bestemmes av hvordan magnetiseringen romlig varierer i materialet.

Anvendelser

Skyrmioner kan flyttes på i et magnetiske materiale ved å sende en elektrisk strøm gjennom materialet. Dette er mulig via såkalt spinnoverføring og inntreffer ved mye lavere strømtettheter enn det som trenges for å flytte på magnetiske domene vegger. Skyrmioner gir også opphav til en uvanlig type halleffekt, hvor en strøm som sendes gjennom et magnetisk skyrmion vil bøyes av til en side mens skyrmionet beveger seg mot den andre siden.

På grunn av disse egenskapene, har skyrmioner tiltrukket seg mye forskningsinteresse med tanke på å bruke desom informasjonsbærere i teknologi basert på magnetiske strukturer. Per 2017 finnes det ingen kommersielle anvendelser av magnetiske skyrmioner, selv om flere patenter basert på å benytte skyrmioner til informasjonsteknologi har blitt etablerte.

Historikk

Skyrmioner er oppkalt etter fysikeren Tony Skyrme som brukte skyrmionkonseptet til å beskrive elementærpartikler.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

N. Nagaosa and Y. Tokura. Topological properties and dynamics of magnetic skyrmions. Nature Nanotechnology 8, 899 (2013).

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Materialfysikk

Jacob Linder

Professor, NTNU – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet