Uporządkować nieuporządkowane

Fot. Pixabay CC0

Działanie większości urządzeń elektronicznych polega obecnie na przepływie elektronów. Jednak społeczność naukowa wciąż poszukuje nowych sposobów zrewolucjonizowania przechowywania danych. Takim sposobem może okazać się spintronika, której jednym z aspektów jest wykorzystanie prądu spinowego do manipulowania domenami i ich ścianami. Urządzenia te mogą wytwarzać mniej ciepła przy mniejszym zużyciu energii.

W swoich najnowszych badaniach naukowcy z Berkeley Lab's Molecular potwierdzili istnienie chiralności w regionach przejściowych między sąsiednimi domenami magnetycznymi, które mają przeciwne spiny. Być może uda się wykorzystać tę właściwość w celu kontrolowania domen magnetycznych i przekazywania zer i jedynek, jak w konwencjonalnej pamięci komputera.

Nowoczesne obwody komputerowe zwykle wykorzystują płytki krzemowe oparte na krystalicznej postaci krzemu, która ma regularną, uporządkowaną strukturę. W tym najnowszym badaniu jako próbki zostały użyte bezpostaciowe stopy gadolinu i kobaltu. Umieszczono je pomiędzy ultracienkimi warstwami platyny i irydu, o których wiadomo, że silnie wpływają na sąsiednie spiny.

Dzięki eksperymentowi ujawniono dominującą chiralność w tych ścianach domen, które mogłyby zostać odwrócone na przeciwne. Taki mechanizm przerzucania jest kluczową technologią wspomagającą spintronikę i inne dziedziny badań, które są oparte na właściwości spinów elektronu. Naukowcy chcieli zindentyfikować właściwą grubość, stężenie pierwiastków oraz inne czynniki wpływające na ten chiralny efekt.

W tym celu zespół zarejestrował unikalną technikę mikroskopii elektronowej o wysokiej rozdzielczości w Berkeley Lab's Molecular Foundry i przeprowadził eksperymenty w tak zwanym trybie obserwacji Lorentza, aby zobrazować właściwości magnetyczne próbek materiału. "Ta wysoka rozdzielczość pozwoliła nam zobaczyć chiralność w ścianach domen, przejrzeliśmy cały stos materiałów" - powiedział Peter Fischer, współprowadzący badanie.

Fischer zauważył również, że coraz bardziej precyzyjne tego typu, wykorzystujące na przykład wiązki elektronów i promieniowanie rentgenowskie, umożliwiają naukowcom badanie złożonych materiałów, które nie mają dobrze zdefiniowanej struktury. "Nowe właściwości i odkrycia mogą dość często występować w interfejsach materiałów, dlatego pytamy: co dzieje się, gdy kładziesz jedną warstwę obok drugiej i jak wpływa to na tekstury spinowe, które są magnetycznym krajobrazem orientacji spinowych? "

Uzyskane w mikroskopii Lorentza wyniki wprowadzono do algorytmu matematycznego, dostosowanego przez naukowców w celu zidentyfikowania typów ścian domen i ich chiralności. Kolejnym wyzwaniem była optymalizacja wzrostu próbki w celu uzyskania efektów chiralnych przy użyciu konwencjonalnej techniki znanej jako rozpylanie. Algorytmy te mogą teraz zostać zastosowane do całego zestawu materiałów w przyszłych badaniach.

Zespół żywi nadzieję, że ta praca przyczyni się do rozwoju rozwiązań związanych z orbitroniką spinową, w których tekstury spinowe mogą potencjalnie zastąpić propagację małych ścian domen w materiale i doprowadzić do mniejszego i szybszego przetwarzania danych urządzenia o niższym zużyciu energii niż urządzenia konwencjonalne.

(KB)