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Nel campo della spintronica, si prevede che i dispositivi spintronici basati su skyrmion magnetici soddisfino i requisiti prestazionali dei dispositivi futuri come alta capacità, alta velocità e basso consumo energetico.

Tuttavia, gli skyrmion magnetici devono affrontare molte sfide nell'applicazione di dispositivi pratici, tra cui il controllo efficiente della generazione e dell'annientamento degli skyrmion è uno dei problemi chiave.

Per affrontare questo problema, il gruppo di ricerca del professore associato Hou Yusheng della Scuola di fisica dell'Università Sun Yat-sen ha utilizzato calcoli di principi primi per calcolare un singolo strato di CrYX (Y = S, Se, Te; X = Cl, Br , I) basato sull'interazione intrinseca Dzyaloshinskii-Moriya È stato scoperto nei materiali magnetici Janus che un campo magnetico esterno può indurre la comparsa di skyrmioni magnetici [1].

Immagine |. Hou Yusheng (Fonte: Hou Yusheng)

Su questa base, hanno preso in considerazione le caratteristiche di polarizzazione non volatile dei materiali ferroelettrici bidimensionali e hanno proposto uno schema teorico per controllare gli skyrmion magnetici nelle eterogiunzioni bidimensionali a molti corpi di van der Waals.

Dopo due anni di esplorazione e ricerca, hanno scoperto la conversione tra lo stato skyrmion magnetico intrinseco e lo stato ferromagnetico nell'eterogiunzione multicorpo bidimensionale di van der Waals composta da CrSeI e In 2 Te 3 .

Allo stesso tempo, per aiutare a trovare e regolare gli skyrmion magnetici in altre eterogiunzioni multiferroiche bidimensionali, hanno proposto un descrittore conciso per definire con precisione la gamma degli skyrmion magnetici.

Recentemente, un articolo correlato intitolato "Switching Intrinsic Magnetic Skyrmions with Controllable Magnetic Anisotropy in van der Waals Multiferroic Heterostructures" è stato pubblicato su Nano Letters[2] ed è stato selezionato come articolo di copertina di questo numero.

Wang Zequan, uno studente del master presso l'Università Sun Yat-sen, è il primo autore, e Hou Yusheng è l'autore corrispondente.

Figura |. Articoli correlati (Fonte: Nano Letters)

Uno dei revisori ha considerato "molto interessante" la scoperta di skyrmioni magnetici intrinseci e la commutazione di stati ferromagnetici ad alta temperatura nella multiferroeterogiunzione bidimensionale di van der Waals CrSeI/In 2 Te 3.

Allo stesso tempo, questo revisore ha commentato che il descrittore di skyrmion magnetico proposto nell'articolo può servire come "guida utile" per manipolare gli skyrmion magnetici nelle eterogiunzioni multiferroiche bidimensionali di van der Waals ampiamente studiate.

Un altro revisore ritiene che lo schema teorico proposto questa volta per controllare gli skyrmioni magnetici in un'eterogiunzione multiferroica bidimensionale di van der Waals utilizzando l'anisotropia magnetica controllabile sia nuovo.

(Fonte: Nano Letters)

Nel giro di pochi anni, questo risultato teorico potrebbe avere potenziali applicazioni pratiche.

La prima applicazione è la memoria delle tracce.

Controllando con precisione la creazione e l'annientamento degli skyrmion magnetici, è possibile progettare memorie di pista con densità di archiviazione estremamente elevate.

Questo tipo di memoria utilizza la stabilità topologica degli skyrmion magnetici per ottenere l'archiviazione a lungo termine delle informazioni e, allo stesso tempo, utilizza la mobilità degli skyrmion magnetici per ottenere una lettura e scrittura rapida delle informazioni.

Ciò aumenterà notevolmente la densità e la velocità di archiviazione delle informazioni e fornirà nuove soluzioni per la futura archiviazione dei dati.

La seconda applicazione riguarda i dispositivi a porte logiche.

Progettando dispositivi con porte logiche basati su skyrmion magnetici, è possibile ottenere una rapida elaborazione e trasmissione delle informazioni.

Questo tipo di dispositivo a porta logica sfrutta la stabilità topologica e la mobilità degli skyrmion magnetici per implementare operazioni logiche sulle informazioni, che possono fornire nuove possibilità per i circuiti informatici.

Allo stesso tempo, il descrittore di skyrmion magnetico da loro proposto può prevedere e regolare in modo più accurato il comportamento degli skyrmion magnetici nei materiali bidimensionali, il che è vantaggioso per la progettazione di dispositivi skyrmion magnetici con prestazioni migliori.

(Fonte: Nano Letters)

Sulla base della ricerca attuale, hanno piani chiari per la ricerca di follow-up.

Da un lato, gli skyrmion magnetici, in quanto struttura di spin speciale, hanno un grande potenziale nel campo della spintronica.

D'altra parte, i materiali ad elevata entropia sono stati ampiamente studiati e applicati nel campo dell'ingegneria grazie alle loro eccellenti caratteristiche prestazionali, come l'elevata accordabilità, l'elevata conduttività e l'elevata resistenza alla corrosione.

Ritengono che la ricerca sulla combinazione di skyrmion magnetici e materiali ad alta entropia non solo abbia un valore di ricerca scientifica unico, ma abbia anche ampie prospettive di applicazione.

Pertanto, il team studierà ulteriormente l'esistenza stabile e la regolazione degli skyrmion magnetici nei materiali ad alta entropia.

Attraverso vari mezzi come il campo magnetico esterno, il campo elettrico, la temperatura, ecc., sperano di ottenere un controllo preciso del comportamento dinamico degli skyrmion magnetici, rivelando così il meccanismo di regolazione degli skyrmion magnetici nei materiali ad alta entropia.

Combinando le eccellenti proprietà dei materiali ad elevata entropia, il gruppo di ricerca svilupperà nuovi materiali compositi basati su skyrmion magnetici. Si prevede che questi materiali avranno prestazioni migliori, costi inferiori e prospettive di applicazione più ampie.

Riferimenti:

1. Yusheng Hou, Feng Xue, Liang Qiu, Zhe Wang, Ruqian Wu, Materiali computazionali Npj, 8, 120 (2022)

2.Wang, ZQ, Xue, F., Qiu, L., Wang, Z., Wu, R., & Hou, Y. (2024). Commutazione di skyrmioni magnetici intrinseci con anisotropia magnetica controllabile in eterostrutture multiferroiche di van der Waals.Nano Letters, 24(14), 4117-4123.

Composizione tipografica: He Chenlong, Liu Yakun

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