Группа исследователей из Центра материаловедения (Center for Emergent Matter Science) Института физико-химических исследований RIKEN, Япония, совместно с их коллегами из Европы, идентифицировали новый класс материалов, в среде которых существуют стабильные магнитные скирмионы. При этом, скирмионы в новых материалах существуют при температуре равной или превышающей комнатную температуру, и это открывает дорогу разработке нового класса высокотемпературных спинтронных устройств.

Магнитные скирмионы представляют собой «вихри» вращения магнитного поля, размером в единицы, десятки и сотни нанометров, которые возникают в некоторых магнитных материалах. Благодаря их малым размерам скирмионы могут выступать в качестве ячеек устройств магнитной памяти, имеющих чрезвычайно высокий показатель плотности хранения информации. Кроме этого, скирмионы могут выступать в качестве примитивных логических устройств, обрабатывающих информацию в спинтронных устройствах, в устройствах, работающих за счет перемещения волн направлений вращения электронов, так называемых спин-волн.

Однако, использование скирмионов не всегда удобно с практической точки зрения. Несмотря на то, что они возникают в магнитных материалах в широком диапазоне условий внешней среды, управлять возникновением и перемещением скирмионов весьма затруднительно. И главной целью ученых, работающих в области спинтроники, было создание технологий, позволяющих создавать стабильные скирмионы и иметь возможность управлять ими с высокой точностью.

Скирмионы возникают вследствие так называемого эффекта Дзялошинского-Мория (Dzyaloshinskii-Moriya) и, как правило, они имеют фиксированное направление вращения, которым можно управлять при помощи электрического тока. Устойчивые скирмионы возникают в определенных кристаллических структурах, но в некоторых материалах, таких как MnSi и Cu2OSeO3, они могут существовать только при очень низких температурах.

В своих исследованиях японские ученые взяли за основу материал, состоящий из кобальта, цинка и марганца, в котором, согласно теоретическим исследованиям, должны формироваться стабильные скирмионы. И действительно, при воздействии магнитного поля определенной конфигурации этот материал продемонстрировал все признаки наличия магнитных скирмионов. При этом, факт наличия скирмионов был подтвержден при помощи нескольких различных методов и он не зависел от формы материала. Скирмионы существовали в этом материале в его кристаллическом в виде и когда материал был отформован в виде очень тонкой пластины. Кроме этого, все скирмионы вращались строго в одном направлении, что можно использовать для кодирования информации с их помощью.

«Полученные нами результаты являются плодом очень долгой работы не только нашей группы, но и всего международного сообщества. Теперь мы получили возможность создавать и использовать скирмионы в целом ряде новых материалов» — рассказывает Юсуке Токунага (Yusuke Tokunaga), ведущий исследователь, — «Кроме того, что мы продемонстрировали то, что стабильные скирмионы могут существовать при комнатной температуре и это открывает дорогу к разработке спинтронных устройств, использующих свойства скирмионов, не требующих дорогостоящих систем охлаждения».