以精致的细节观察斯格明子的生命周期
全RIKEN团队第一次观察了微小磁性漩涡的整个生命周期，揭示了它们的诞生、运动和死亡。这对于为基于这些磁漩涡的未来低功率存储设备的开发提供信息非常重要。2009 年首次通过实验观察到，当材料原子的磁场组织成漩涡状结构时，就会形成斯格明子。Skyrmions 可以像粒子一样四处飘荡，并有望在低功耗计算机芯片和存储设备中传输数据。
研究人员之前曾研究过斯格明子在生命的各个阶段的行为。但这些事件通常发生在截然不同的时间尺度上——从不到一纳秒到许多微秒——以及从纳米到微米的长度。这使得很难跟踪斯格明子的整个生命周期并了解多个斯格明子在这段时间内如何相互作用。
“这种行为将直接决定基于斯格明子的存储设备的性能，”RIKEN 紧急物质科学中心 (CEMS) 的 Takahiro Shimojima 指出。
现在，Shimojima 和六名 CEMS 同事在钴锌锰薄膜中研究了斯格明子的整个生命周期。
由于斯格明子通常可以在这种磁性材料中存活一年以上，因此该团队在薄膜中注入了镓离子，引入了随机缺陷，从而缩短了斯格明子的寿命。“这使我们能够观察到斯格明子的整个生命周期，”下岛说。“它还可以更好地模拟实际的基于斯格明子的设备中使用的不完美材料。”
该团队将薄膜置于磁场中，并使用电子显微镜和两个能够发射纳秒光脉冲的激光器对其进行研究。第一个激光激发样品产生斯格明子，然后第二个激光在显微镜中触发电子爆发以探测斯格明子。
第一个激光脉冲在一纳秒内产生了一批斯格明子。大约 5 纳秒后，这些斯格明子收缩形成大约 160 纳米宽的圆形。一旦它们长到 10 纳秒，斯格明子就开始在材料中移动。在 100 纳秒时，它们聚集成六边形形状，再存活 200 纳秒左右，然后在接下来的几微秒内逐渐分开。最终，斯格明子开始相互融合，在它们出生后约 5 微秒死亡。
“这些信息应该可以帮助我们了解可能限制基于Skyrmion的设备性能的因素，”Shimojima 说。实验还展示了如何使用磁性材料中的缺陷来控制此类设备中的斯格明子。
该团队现在希望通过利用他们新发现的实现对斯格明子的快速和可重复控制的能力来开发下一代磁存储设备。
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