Магнитные вихри вместе и порознь

Российские физики нашли в соединении кремния и марганца магнитные вихри различной физической природы: одни существуют лично, а другие образуют единую структуру.

Благодаря собственному магнитному моменту электрона – пояснице, ¬ атомы магнитного материала ведут себя как мелкие магнитики и, возможно сообщить, сами владеют поясницей.  При намагничивании поясницы атомов выстраиваются в одном направлении, и вещество преобразовывается в магнит. Но в 2009 году физики поняли, что в некоторых магнитах при намагничивании появляются вихревые структуры из спинов, в которых поясницы отдельных атомов как будто бы закручены в определенном направлении (см. картинки).

Эти магнитные вихри стали называться скирмионы, по имени английского физика Тони Скёрма (Skyrme, 1922–1987), что внес предложение в первой половине 60-ых годов двадцатого века математическую модель аналогичной структуры для элементарных  частиц.

Изображение двух типов двумерных магнитных вихрей – скирмионов: (а) скирмион типа «еж», (b) спиралевидный на данный момент. Стрелками продемонстрированы поясницы атомов. (en.wikipedia.org) Периодическая вихревая структура из скирмионов в моносилициде марганца MnSi. (рис. из статьи Y. Nii et al. Uniaxial stress control of skyrmion phase.

Nature Communications) Типы магнитной структуры MnSi в зависимости от напряженности магнитного поля В,температуры Т и ориентации кристалла. Красным цветом продемонстрирована область отдельных скирмионов, розовым – область их единой структуры.‹ ›

Магнитные вихревые структуры владеют так называемой топологической устойчивостью. Она содержится в том, что возмущения смогут поменять направления спинов, но не смогут поменять закрученности. Благодаря топологической устойчивости скирмионы теоретически возможно применять для хранения бинарной информации, полагая за единицу и нуль существование либо отсутствие скирмиона.

Потому, что размеры таких вихрей смогут составлять единицы нанометров, это сулит большое возрастание плотности хранения информации. Скирмионы подошли бы и для  создания логических устройств. Руководить скирмионами возможно было бы посредством электрического тока.

Классические магнитные домены (области однообразного направления намагниченности) столь мелкого размера неспособны хранить данные в течение долгого времени из-за спонтанного перемагничивания, которое происходит под действием соседних доменов либо из-за флуктуаций.

Свойства скирмионов до тех пор пока еще не хорошо изучены. Физики из МФТИ и Университета неспециализированной физики им. А.М. Прохорова изучили поведение совокупности скирмионов  в моносилициде марганца MnSi.

Внешнее магнитное поле формирует в нем структуру из иногда расположенных вихрей, напоминающую пчелиные соты с ячейками размером около 18 нм (10-9 м). Для применения на практике таковой структуры нужно знать, существуют ли скирмионы независимо друг от друга, либо образуют единую структуру, которую нельзя разбить на отдельные вихри.

Оказалось, что внутреннюю структуру вещества возможно выяснить, в случае если  измерять с высокой точностью сопротивление материала в зависимости от направления и температуры магнитного поля.  Благодаря таким измерениям стало известно, что в определенных диапазонах магнитных полей и температур  у MnSi существуют скирмионные решетки двух типов, различной физической природы.

 Скирмионная решетка одного типа образуется в следствии конденсации личных магнитных вихрей, а решетка другого типа соответствует сложной магнитной фазе, которая неимеетвозможности распадаться на отдельные скирмионы. Причем между фазами распознана четкая граница. Результаты изучения размещены в издании  Scientific Reports.

На сегодня сказать о возможностях этого направления изучений,  которое принято относить к спинтронике, сложно, потому, что  скирмионы в большинстве случаев наблюдаются при низких температурах. В первую очередь, нужно отыскать материалы, талантливые действующий при более высоких, оптимальнеепри комнатных, температурах. Помимо этого, физики пока не могут надежно создавать скирмионы и руководить ими.

По данным МФТИ

Создатель: Алексей Понятов

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

• Мозг сам управляет производством новых нейронов
• Нобелевскую премию по медицине присудили за лекарства против малярии и червей-паразитов

Magnetic cannon — Physics in experiments

Похожие статьи, которые вам понравятся:

• Манипуляция магнитными вихрями в сверхпроводнике

  Достаточно сильное магнитное поле попадает в сверхпроводник в виде так называемых магнитных вихрей, любой из которых несет на себе один квант магнитного…

• Антиводород из “магнитной бутылки”

  В ЦЕРНе получено антивещество: 38 атомов антиводорода просуществовали почти две десятых доли секунды. Антиводород приобретали и раньше, но при…

• Железо проявило магнитные свойства, характерные для редкоземельных элементов

  Главным компонентом современных магнитов, что снабжает материалу соответствующие особенности, есть железо. Его серьёзными преимуществами для…

• Компания nec tokin разработала мягкий магнитный материал, способный заменить ферриты в радиоэлектронике

  Представители японской компании NEC Tokin Corp заявили об окончании разработки нового мягкого магнитного материала, магнитные особенности которого…