《利用XFEL超短激光控制磁性材料中的微电磁涡旋》

  • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
  • 编译者: 魏韧
  • 发布时间:2021-03-16
  • skyrmion通常被认为是微小的电磁涡旋,是纳米级的准磁性粒子。由于在开发更快、更有效的数据存储设备方面的潜力,其已成为最近的热门话题。由美国麻省理工学院和柏林的麦克斯·伯恩研究所的科学家组成的国际团队,首次使用超短激光脉冲成功观测磁性材料中斯格明子的形成,揭示其微观过程及时间周期。欧洲X射线自由电子激光器(EuXFEL)的X射线脉冲揭示了在纳米尺度上形成skyrmion的速度,该速度比以前所认为的要快。研究结果已发表在Nature Materials上。

    在原子水平上,磁性材料内大量的磁自旋有“向上”或“向下”两种方向。这些自旋相互关联,因此单个自旋的变化将影响其他自旋的方向。skyrmion是微小的漩涡状结构,其中心自旋与位于边界的自旋相反,并且它们之间具有扭转的自旋构造。这些复杂的自旋结构非常稳定且体积小,是未来自旋电子器件的备选。自旋电子学同时利用电子的自旋和电荷,可以降低未来存储设备和数据存储的能耗。

    科学家们使用了EuXFEL产生的极短的X射线脉冲来研究从均匀磁相到skyrmion相的拓扑相变。研究表明,高温下激光诱导的高度波动自旋相是解除两相之间能量屏障的关键。当系统冷却时,能量屏障可保护有核的skyrmion,使它们不受热波动的影响,这对数据存储而言非常重要。

  • 原文来源:https://www.xfel.eu/news_and_events/news/index_eng.html?openDirectAnchor=1825&two_columns=0
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    • 一项新研究描述了一种在纳米结构磁性材料中产生和控制自旋波的新技术,该研究以《高级材料》杂志描述的封面文章为特色。 这项研究为创建纳米处理器以实现异常快速且节能的信息模拟处理铺平了道路。 该发现是纽约大学丹顿工程学院化学与生物分子工程教授Elisa Riedo领导的一组研究人员合作研究的结果。 来自意大利国家研究委员会(CNR-IOM)在佩鲁贾的Istituto Officina dei Materiali的Silvia Tacchi; 米兰理工大学物理系的磁性小组,包括Edoardo Albisetti,Daniela Petti和Riccardo Bertacco。 瑞士维利根PSI的PolLux Beamline; 佩鲁贾大学物理与地质系。 自旋波,也称为“磁振子”,类似于磁性电磁波。它们以铁之类的材料传播,与海洋中的波浪非常相似。与电磁波相反,磁振子具有独特的性能,使其最适合于构建微型“模拟”计算系统,其效率要比现有数字系统高得多。 迄今为止,随意调制自旋波具有很高的挑战性。该论文于2020年3月5日发表在《先进材料》上,描述了一种创新型的发射器,称为“磁纳米天线”,能够产生形状和传播受控的自旋波。 例如,可以获得平面波前(类似于海滩上的海浪)或径向波前(例如,通过将石头扔进水池中而产生的那些),并可以创建聚焦的定向光束。研究还表明,可以同时使用多个纳米天线来“按命令”生成干扰图,这是创建模拟计算系统的必要前提。 TAM-SPL技术(由米兰理工大学与Riedo团队合作开发)用于实现纳米天线。该技术使材料的磁性能可以在纳米尺度上得到控制。 尤其是,纳米天线在材料的磁化强度中包含微小的“波纹”(称为“涡旋”或“畴壁”),当在振荡磁场的影响下运动时,它们往往会发出自旋波。 由于自旋波的特性取决于这些波纹的类型和独特特性,因此通过非常精确地对其进行控制,可以前所未有地调制发射波。 这项研究得到了欧盟Horizo??n 2020研究与创新计划的资助,这项资助由MarieSk?odowska-Curie拨款705326,SWING项目(用于图形和计算的自旋波可重新配置纳米器件)制成。
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