A mágneses magasságok leolvasásának elektromos ellenállása a mágneses hatására megváltozik
Mágneses égboltok olvasása
Az elektromos ellenállás változása a mágneses örvényszerkezetek miatt
A legkisebb mágneses örvényekről - az úgynevezett skyrmionokról - jelenleg bitek ígéretes jelöltjeit vitatják meg a jövőbeni robusztus és kompakt adattárolókban.
Ilyen egzotikus mágneses szerkezetek az utóbbi években a hamburgi egyetemen ultravékony mágneses rétegekben és többrétegű rendszerekben voltak kimutathatók, mivel ezeket már használják a merevlemezek olvasó/író fejében és mágneses érzékelőkben. Az égboltok leolvasásához azonban korábban további mágnesre volt szükség.
A Hamburgi Egyetem és a Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) kutatói most kimutatták, hogy elvileg sokkal könnyebb észrevenni az elágazásokat, mivel az elektromos ellenállás drasztikusan megváltozik a mágneses örvény szerkezeteiben. A jövőbeli adattárolási koncepciók esetében ez óriási egyszerűsítést ígér a gyártás és az alkalmazás terén.
A mágneses anyagok stabil örvényeit (lásd az ábrát) több mint 25 évvel ezelőtt jósolták, de kísérletileg csak néhány évvel ezelőtt bizonyíthatók. Az ilyen skyrmions vékony mágneses rétegekben és többrétegű felfedezése, amelyeket manapság már számos technológiai alkalmazásban használnak, és ezeknek az alacsony, még alacsony elektromos áramsűrűségű mozgatásának lehetősége megnyitotta a perspektívát, hogy bitként használják az új típusú adattárolásban.
Társaság a cikkért
A cikk témái
Eddig az egyes mágneses örvényeket elektronmikroszkóppal vagy az ellenállás változásának mérésével mágneses szondával érintkező alagútban mértük. A hamburgi egyetem tudósai egy beolvasó alagútmikroszkóp segítségével bizonyítani tudták, hogy az ellenállás akkor is változik, ha nem mágneses fémet használnak a méréshez.
"Kísérletünkben fémes csúcsot atomi pontossággal áthelyezhetünk egy felületre, és így mérhetjük a skyrmion ellenállását különböző pozíciókban" - mondja Christian Hanneken, Roland Wiesendanger professzor csoportjának doktorandusza. Ez lehetővé teszi a mágneses örvényben az ellenállás helyfüggő változásának detektálását. "A megfigyelt ellenállásváltozás akár 100 százalékos is lehet, és így lehetővé teszi az egek könnyű észlelését" - mondta Dr. Kirsten von Bergmann elmagyarázza.
A Kieli Egyetem elméleti fizikusaival együtt a kutatók meg tudták magyarázni, hogy a mágneses örvényben az ellenállás változása az atomrúd-mágnesek egyik atomról a másikra történő dőlésének következménye (lásd az ábrát). Minél nagyobb a szög a szomszédos rúdmágnesek között, annál jobban változik az elektromos ellenállás.
"Az elektronoknak van egy spinje, ami azt jelenti, hogy kölcsönhatásba lépnek a mágneses szerkezettel" - mondja Prof. Stefan Heinze a Kieli Egyetemről. Amikor az elektronok átmennek a mágneses örvényen, érzik a dőlést az atomrúd-mágnesek között, ami az anyag ellenállásának helyi változását okozza. "Ezt a hatást az elektronikus tulajdonságok komplex numerikus számítógépes szimulációival megértettük, és egyszerű modellt dolgoztunk ki az ellenállás változására" - magyarázza Fabian Otte doktorandusz.
Ez az újonnan felfedezett hatás felhasználható a jövőbeni alkalmazásokban a skyrmion bitek egyszerű kiolvasására. Bármely fémes elektróda használatának lehetősége jelentősen megkönnyíti az új tároló elemek gyártását és működését.
Eredeti kiadvány:
A mágneses felhúzódások elektromos detektálása a nem kollináris magnetoresistance alagutazásával, Christian Hanneken, Fabian Otte, André Kubetzka, Bertrand Dupé, Niklas Romming, Kirsten von Bergmann, Roland Wiesendanger és Stefan Heinze, Nature Nanotechnology, online kiadvány 2015.10.05-től, DOI: 10.1038/nnano.2015.218.