Текстуры AF в CuMnAs. 
а — спиновая структура и сила, действующая на мерон АФ блоховского типа под действием приложенного импульса тока J. 
b — элементарная ячейка и магнитная структура CuMnAs. 
c, d, XMLD–PEEM изображения вихревой структуры в CuMnAs. Синие однонаправленные и двунаправленные стрелки указывают векторы падения и поляризации рентгеновского излучения, а цветные круги и красные двунаправленные стрелки указывают ориентацию оси вращения, полученную на основе контраста XMLD. Масштабная линейка соответствует 1 мкм.
e, Оптическое изображение структуры устройства, используемого для подачи электрических импульсов. Полоса пространственного масштаба соответствует 10 мкм.
Авторы и права: Нанотехнологии природы (2023 г.). DOI: 10.1038/s41565-023-01386-3

«Для нас это волнующий момент, эти магнитные вихри предлагались в качестве носителей информации в запоминающих устройствах нового поколения, но доказательств их существования в антиферромагнетиках до сих пор было мало. Теперь мы их не только создали, но и переместили их контролируемым образом. Это еще один успех нашего материала CuMnAs, который был в центре нескольких прорывов в антиферромагнитной спинтронике за последние несколько лет», — говорит Оливер Амин.

CuMnAs имеет специфическую кристаллическую структуру, выращенную почти в полном вакууме, атомный слой за атомным слоем. Было показано, что он ведет себя как переключатель при импульсном электрическом токе, и исследовательская группа в Ноттингеме под руководством доктора Питера Уодли вместе с международными сотрудниками «увеличила масштаб» управляемых магнитных текстур; сначала с демонстрацией движущихся доменных стенок, а теперь с генерацией и контролем магнитных вихрей.

Ключом к этому исследованию является метод магнитной визуализации, называемый фотоэмиссионной электронной микроскопией, который был проведен на синхротронной установке в Великобритании Diamond Light Source. Синхротрон генерирует коллимированный пучок поляризованного рентгеновского излучения, который направляется на образец для определения его магнитного состояния. Это позволяет пространственно разрешать микромагнитные текстуры размером до 20 нанометров.

Магнитные материалы были технологически важны на протяжении веков, от компаса до современных жестких дисков. Однако почти все эти материалы принадлежали к одному типу магнитного порядка: ферромагнетизму. Это тип магнита, с которым мы все знакомы, от магнитов на холодильник до двигателей стиральных машин и жестких дисков компьютеров. Они создают внешнее магнитное поле, которое мы можем «ощутить», потому что все крошечные атомные магнитные моменты, из которых они состоят, стремятся выровняться в одном направлении. Именно это поле заставляет магниты на холодильник прилипать, и мы иногда видим, что оно наносится железными опилками.

Поскольку у них отсутствует внешнее магнитное поле, антиферромагнетики трудно обнаружить и до недавнего времени трудно контролировать. По этой причине они почти не нашли применения. Антиферромагнетики не создают внешнего магнитного поля, потому что все соседние составляющие крошечные атомные моменты направлены в строго противоположные направления друг от друга. При этом они компенсируют друг друга и не создают никакого внешнего магнитного поля: они не прилипнут к холодильнику и не отклонят стрелку компаса.

Но антиферромагнетики магнитно более устойчивы, и движение их крошечных атомных моментов происходит примерно в 1000 раз быстрее, чем у ферромагнетика. Это может создать компьютерную память, которая работает намного быстрее, чем современные технологии памяти.

«Антиферромагнетики могут превзойти другие формы памяти, что приведет к перестройке вычислительной архитектуры, значительному увеличению скорости и экономии энергии. Дополнительная вычислительная мощность может иметь большое влияние на общество. Эти открытия действительно захватывающие, поскольку они приближают нас к реализации потенциала антиферромагнитных материалов для преобразования цифрового ландшафта», — говорит доктор Питер Уодли.