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研究人员观察到原子级薄钴膜中自发出现的晶体

  • 科学
  • 2019-08-24 10:19:44
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自从他们的实验发现,磁性skyrmions-微小的磁结 - 已经成为研究的焦点。来自汉堡和基尔的科学家们现在已经证明,即使没有外部磁场,直径只有几纳米的单个磁性物质也可以稳定在磁性金属薄膜中。他们在Nature Communications杂志上报道了他们的发现。

理论物理学家在30年前就已经预测到磁性物质作为粒子状物体的存在,但是只能在2013年通过实验证明。在不同的磁性材料系统中发现了直径从微米到几纳米的Skyrmions。虽然它们可以在几个原子的表面上产生并且用电流操纵,但它们对外部影响表现出高稳定性。这使它们成为未来数据存储或逻辑设备的潜在候选者。然而,为了在技术应用中具有竞争力,skyrmions不仅必须非常小,而且在没有施加磁场的情况下也必须稳定。

汉堡和基尔大学的研究人员现在朝着这个方向迈出了重要的一步。基于在北德超级计算联盟(HLRN)的超级计算机上进行的量子力学数值计算,来自基尔的物理学家能够预测直径仅为几纳米的个体出现在原子级薄,铁磁钴膜(见图1)。“这些薄膜中磁性结的稳定性是由于不同磁性相互作用之间的不寻常竞争,”Sebastian Meyer博士说。斯蒂芬海因泽教授在基尔大学的研究小组的学生。

随后,汉堡研究人员围绕Kirsten von Bergmann博士使用高分辨率扫描隧道显微镜确认了这一预测。Marco Perini博士的低温测量 Roland Wiesendanger教授研究小组的学生,在没有外部磁场的情况下,在制备的钴薄膜中显示磁性skyrmions必须应用(见图2)。“到目前为止,个别的skyrmions几乎总是由磁场产生。在我们的金属薄膜中,自然发生的是,”Kirsten von Bergmann解释道。“对于旋转电子设备的未来应用,skyrmions不仅必须在极低的温度下稳定,如在所研究的金属薄膜中,而且在环境温度下。为了实现下一步应用,这里发现不同磁性相互作用之间的竞争可以做出重大贡献。“

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