Magnetisk skyrmion, oppkalt etter fysikeren Tony Skyrme, en magnetisk konfigurasjon karakterisert ved et roterende mønster som likner en virvel. Magnetiseringsvektoren for to typiske skyrmion-konfigurasjoner vises i figuren: (a) kalles for et pinnsvinn-skyrmion mens (b) kalles et spiralt skyrmion. 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.

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. 

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.

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

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.