Naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory oraz zespół badawczy ze Szwajcarii dokonali przełomowego odkrycia, uzyskując trójwymiarowy obraz skyrmionu – mikroskopijnego wiru magnetycznego, który może odegrać kluczową rolę w przyszłej elektronice i komputerach kwantowych. Dzięki wykorzystaniu techniki magnetycznej laminografii rentgenowskiej, przypominającej tomografię komputerową, badaczom udało się stworzyć pełen obraz skyrmionu w małym dysku magnetycznym. Proces ten trwał kilka miesięcy i wymagał zastosowania zaawansowanych algorytmów do analizowania setek obrazów, które następnie złożono w trójwymiarową mapę struktury skyrmionu. Obraz ten ujawnił jego unikalny kształt oraz sposób interakcji między poszczególnymi warstwami materiału, co stanowi ogromny krok naprzód w badaniach nad magnetyzmem i spintroniką.

Skyrmion to wyjątkowa struktura magnetyczna obecna w niektórych materiałach. W uproszczeniu, jest to stabilny, wirujący wir magnetyzmu o spiralnej strukturze, przypominający wir wodny. W jego wnętrzu spin elektronów – czyli kierunek ich pola magnetycznego – układa się w specyficzny sposób, tworząc konfiguracje, które są bardzo trudne do zniszczenia. Co więcej, skyrmiony mają zdolność do szybkiego przemieszczania się pod wpływem pola magnetycznego lub prądu elektrycznego. Ich stabilność, niewielkie rozmiary oraz wyjątkowa mobilność czynią je potencjalnie idealnymi elementami przyszłych urządzeń przechowujących dane.

Odkrycie to ma fundamentalne znaczenie dla rozwoju spintroniki, czyli nowej dziedziny elektroniki opartej na wykorzystaniu spinów elektronów zamiast ich ładunku. Tradycyjna elektronika, bazując na przepływie ładunku, traci znaczną ilość energii. Spintronika, wykorzystując spin elektronów, pozwalałaby na znacznie bardziej kompaktowe i energooszczędne przechowywanie informacji. Stabilne skyrmiony, dzięki swojej konstrukcji i możliwości kontrolowanego przemieszczania się, mogą w przyszłości przyczynić się do miniaturyzacji urządzeń elektronicznych oraz zwiększenia efektywności energetycznej. To otwiera drzwi dla nowych zastosowań, takich jak pamięci komputerowe o dużej gęstości, a także stanowi krok w stronę jeszcze bardziej zaawansowanej elektroniki kwantowej.

Zdaniem naukowców, uzyskanie pełnego obrazu 3D skyrmionu stanowi podstawę do dalszego rozwijania technologii opartych na tych strukturach i badań nad ich potencjalnymi zastosowaniami w przechowywaniu danych oraz w spintronice.

Źródło: Science Alert