Превращение скирмионов в бимероны в магнитном диске, где в качестве нетривиальных промежуточных переходных состояний обнаруживаются деформированные скирмионные пузыри и киральные лабиринтные домены. Преобразование вызывается индуцированным электрическим током полем Эрстеда и температурно-индуцированным изменением перпендикулярной магнитной анизотропии. Предоставлено: Университет Синсю.

Скирмионы и бимероны представляют собой фундаментальные топологические спиновые текстуры в тонких магнитных пленках с асимметричными обменными взаимодействиями, и их можно использовать в качестве носителя информации для памяти следующего поколения с низким энергопотреблением, передовых нейроморфных вычислений и передовых квантовых вычислений. Они имеют несколько степеней свободы, которые могут нести информацию.

Преобразование между изолированными скирмионами и бимеронами будет важной операцией для будущей вычислительной архитектуры, основанной на множестве различных топологических битов. Поэтому для сообщества важно найти эффективные способы реализации создания, трансформации и манипулирования скирмионами и бимеронами в магнитных материалах.

В недавнем исследовании, опубликованном в Nano Letters, группа под руководством Сяокси Лю продемонстрировала в экспериментах и ​​симуляциях, что создание изолированных скирмионов и их последующая трансформация в бимероны возможны в магнитном диске, окруженном токоведущей и омега-образной микрокатушкой, где индуцированное электрическим током поле Эрстеда и индуцированное температурой изменение перпендикулярной магнитной анизотропии играют важную роль в преобразовании между скирмионами и бимеронами.

Исследователи обнаружили, что ток, подаваемый в микрокатушку, может генерировать поле Эрстеда, которое переключает намагниченность магнитного диска в неплоских направлениях. Между тем, ток, подаваемый в микрокатушку, может нагревать магнитный диск, что приводит к повышению температуры устройства.

В результате в магнитном диске реализуется температурно-индуцированное уменьшение магнитной анизотропии, что приводит к переориентации намагниченности из внеплоскостного направления в плоскостное и, таким образом, способствует превращению скирмионов в бимероны. Исследователи также обнаруживают деформированные пузыри скирмионов и хиральные лабиринтные домены во время трансформации между скирмионами и бимеронами.

Результаты исследователей демонстрируют возможность того, что два разных типа топологических спиновых текстур могут размещаться в одной и той же магнитной пленке с асимметричными обменными взаимодействиями, что может дать рекомендации для создания новых спинтронных приложений, основанных на разных типах топологических спиновых текстур.

«Наш эксперимент впервые прояснил трансформацию между различными топологическими спиновыми текстурами», — объясняет Лю. Он также упоминает: «Скирмионы и бимероны являются двумя наиболее важными носителями информации для памяти следующего поколения и передовых вычислительных архитектур. Наши исследования имеют фундаментальный физический интерес. Они также важны для будущего хранения данных и вычислительного сообщества».

Исследователи попытаются изучить приложения магнитных и спинтронных устройств, основанные на преобразовании различных типов топологических спиновых текстур. Примером могут служить потенциалуправляемые спинтронные устройства на основе скирмионов и бимеронов. «Наша конечная цель — применение топологических спиновых текстур для низкого энергопотребления, высокой плотности памяти и передовых нейроморфных вычислений», — говорит Лю.