October 28, 2021
Cari Gagal Fenomena Skyrmion Aneh tetapi Menemukan Kalung Manik-manik Magnetik Asing

Cari Gagal Fenomena Skyrmion Aneh tetapi Menemukan Kalung Manik-manik Magnetik Asing

Fisikawan yang sedang berburu tekstur putaran magnetis yang jarang terlihat telah menemukan objek lain yang memiliki ciri khasnya, tersembunyi dalam struktur film magnet ultra-tipis, yang mereka sebut kristal spin tak sebanding.

  • Universitas Warwick fisikawan berangkat untuk menemukan Skyrmions, hanya untuk menemukan objek yang hampir identik dengan kualitas khas yang mereka namai kristal spin tak sebanding
  • Ilmuwan mencari tanda-tanda tekstur spin magnetik pada bahan ultra tipis yang tebalnya hanya beberapa atom
  • Fisikawan sangat tertarik pada potensi Skyrmions yang sering dideteksi oleh pengukuran listrik massal yang ambigu.
  • Penemuan baru ini dapat menunjukkan jalan bagi dasar baru untuk teknologi dalam memori dan penyimpanan komputer
Spin Crystal tidak sebanding

Pola domain terukur dari fase ‘kristal spin tak sebanding’. Kredit: Universitas Warwick

Fisikawan yang sedang berburu tekstur putaran magnetis yang jarang terlihat telah menemukan objek lain yang memiliki ciri khasnya, tersembunyi dalam struktur film magnet ultra-tipis, yang mereka sebut kristal spin tak sebanding.

Sebuah tim dari University of Warwick melaporkan temuan tersebut di jurnal Komunikasi Alam, yang dapat menawarkan kemungkinan baru untuk teknologi seperti memori dan penyimpanan komputer.

Para peneliti awalnya berangkat untuk menemukan Skyrmion, tekstur putaran magnet berputar yang diteorikan ada di bahan magnet tertentu dan yang sangat menarik bagi fisikawan karena sifat unik dan potensi generasi baru penyimpanan data hemat energi. Untuk menemukannya, para ilmuwan mencari perilaku abnormal dari efek Hall; ini menyebabkan elektron yang bergerak melalui bahan konduktor berperilaku berbeda, diukur sebagai resistivitas.

Untuk menginduksi efek ini, tim membuat sampel dengan menggabungkan film yang sangat tipis dari bahan feroelektrik, timbal titanat, dengan film tipis lain dari feromagnet, strontium ruthanate. Lapisan-lapisan ini secara atomik datar, dengan ketebalan hanya lima sampai enam unit sel (3 nanometer).

Pola Domain Simulasi Kristal Putar Tidak Sebanding

Pola domain simulasi dari fase ‘kristal spin tidak sebanding’. Kredit: Universitas Warwick

Lapisan feroelektrik menginduksi medan listrik yang membengkokkan struktur atom feromagnet, merusak simetrinya. Dengan menggunakan mikroskop elektron presisi atom, mereka mengukur kerusakan simetri ini, dan juga dapat mengukur resistivitas listrik material secara terpisah dan memastikan adanya fitur yang mirip dengan efek Hall Topologi, seperti yang diharapkan untuk Skyrmion.

Kemudian para peneliti menggunakan Magnetic Force Microscopy untuk memeriksa topologi struktur atom material, yang membentuk kisi berdasarkan persegi panjang – bukan segi enam, seperti yang mereka duga. Di dalam kisi ini terdapat domain magnet di mana Skyrmions akan ditemukan sebagai partikel terpisah dan terisolasi. Sebaliknya, domain-domain ini lebih mirip manik-manik pada tali atau kalung, dengan manik-manik yang tidak pernah membentuk lingkaran sempurna.

Penulis utama Sam Seddon, seorang mahasiswa PhD di Departemen Fisika Universitas Warwick, berkata: “Setelah Anda memeriksa gambar dengan cermat, Anda menyadari, sebenarnya, ini sama sekali tidak hadir seperti Skyrmion.

Marin Alexe

Profesor Marin Alexe dari Departemen Fisika Universitas Warwick. Kredit: Universitas Warwick

“Sebuah Skyrmion menyebabkan efek Hall-nya sendiri yang rumit dan ketika efek yang tampak serupa diamati, hal itu sering diperlakukan sebagai tanda dari Skyrmion. Kami telah menemukan struktur domain yang sangat teratur, seperti halnya kisi Skyrmion akan terbentuk, namun struktur tersebut hanya kiral dan tidak dilindungi secara topologis. Hal ini menunjukkan bukti pencitraan ruang nyata bahwa Anda tidak memerlukan domain topologis untuk menyebabkan efek Hall semacam ini. ”

Bahan feroelektrik dan feromagnetik penting untuk teknologi seperti memori dan penyimpanan komputer. Misalnya, bahan yang sangat mirip dengan timbal titanate sering digunakan untuk memori komputer di sistem elektronik di mobil, karena ketahanan dan kemampuannya untuk beroperasi pada suhu ekstrem.

Rekan penulis Profesor Marin Alexe dari University of Warwick mengatakan: “Ada minat dalam jenis antarmuka antara bahan feroelektrik dan feromagnet, seperti untuk jenis memori komputer baru. Karena polarisasi feroelektrik dapat diubah secara permanen, ini memodifikasi efek kuantum dalam feromagnet dan itu mungkin memberi kita arahan untuk bahan untuk komputer kuantum berikutnya. Ini akan membutuhkan bahan yang stabil yang bekerja pada suhu ekstrim, konsumsi daya rendah, dan dapat menyimpan informasi untuk waktu yang lama, jadi semua bahan ada di sini.

“Topologi adalah terjemahan konsep matematika tertentu ke dalam kehidupan nyata dan sekarang menjadi inti dari penemuan baru dalam fisika. Di University of Warwick kami memiliki infrastruktur yang luar biasa dan canggih yang memungkinkan kami untuk mengatasi masalah dari sudut pandang teoretis, hingga melihat struktur atom, hingga melihat properti fungsional pada suhu dan medan yang ekstrem, terutama medan magnet. Kami dapat menawarkan dasar bagi para insinyur untuk mengembangkan teknologi baru. ”

Referensi: “Pengamatan ruang nyata dari kristal spin magnet yang diinduksi secara feroelektrik di SrRuO3”Oleh SD Seddon, DE Dogaru, SJR Holt, D. Rusu, JJP Peters, AM Sanchez dan M. Alexe, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-22165-5