亚琛工业大学 Florian Muckel
荣誉:西蒙·魏格纳 摩天大楼——出现在某些材料组合中的微小磁性漩涡——被认为是未来数据存储的有前途的信息载体
亚琛工业大学、基尔大学和冰岛大学的一个研究小组发现，这些磁性纳米结以两种不同的方式自我解开
使用磁场，解开的概率可以高达10，000倍
这一见解可能对未来的skyrmions信息处理具有突破性意义
这项研究现已发表在《自然物理学》杂志上
磁性纳米结通过它们的存在与否来编码信息
这些结的主要优点是它们非常稳定，只有几纳米大小，在室温下存在，并且可以被非常小的电流移动
由于电流很小，以非常节能的方式读出和写入地层
原则上，skyrmions也可以用于数据处理，这样处理和存储可以结合在一个单一的结构中
这将使计算机更紧凑，更重要的是，更节能
基于这些非常有前景的特性，全世界的研究人员都在努力优化skyrmion特性，尤其是skyrmion稳定性
虽然sky rmion通常非常稳定，但在室温下，足够的数据存储密度所需的最小sky rmion仍然衰减得太快
对可能的衰变机制的详细理解可以提供关于如何显著改善其稳定性的见解
这些原子磁体的结状结构导致了超高的稳定性
就像一根绳子，绳子的末端必须穿过一个中心孔，解开原子结需要相当大的努力
对于磁性纳米结，有一个稍微简单的解决方案——在逆着相邻原子的回复力反转单个原子磁体之后，结无需进一步努力就能持续衰变
然而，直到现在，还不知道天空中100个左右的原子磁铁中哪一个最容易反转，以及这个过程到底是什么
来自亚琛、基尔和雷克雅未克的研究人员汇集他们的专业知识来回答这些问题
“哪个原子磁体被转动取决于不同的条件，”来自RWTH实验物理(固态物理)主席的弗洛里安·马克尔解释道:“通过改变作用在天顶子上的磁场，我们可以在两种不同的机制之间进行选择
“第一种机制最初将天顶压缩到一个纳米的大小，以减轻随后在中心的自旋反转
另一种机制是将结的中心向天空边缘移动一纳米，然后原子磁铁就可以很容易地在那里翻转方向
正如实验物理(固态物理)主席马库斯·摩根斯坦教授解释的那样:“在这两个过程的帮助下，我们能够提高解开纳米结的效率
skyrmion的稳定性变化高达10，000倍，其中最稳定的配置可以在结解开之前承受100万亿次解开尝试
" 对如何解开磁结的新理解是基于亚琛实验与基尔和雷克雅未克研究人员理论工作的精确比较
原子计算机模拟，基于花了许多年开发的新理论工具，能够跟踪每个原子磁铁在解开过程中的运动
斯特凡·海因策教授解释说:“由于使用了从量子力学计算中获得的特定材料相互作用参数，模拟显示了与创新实验的非常好的匹配。”
对于实验来说，单个电子沉积在天空中不同的位置
在每个位置，借助于额外电子提供的过剩能量，确定纳米结是保持存在还是消失
基于这一信息，成功解开结的概率图已经被创建
“实验和模拟之间的一致性令人印象深刻，”基尔大学的斯蒂芬·冯·马洛特基评论说，他进行了模拟
“这是我们理论方法的巨大成功，”博士补充道
来自雷克雅未克的帕维尔·贝萨拉布，2019年在基尔斯蒂芬·海因策教授的研究小组工作，这要归功于亚历山大·冯·洪堡的资助
研究人员认为，对磁性纳米结稳定性极限的新见解将有助于使它们在实践中更加稳定
提高skyrmions的稳定性将使其在信息处理中的应用更加有效
据研究人员称，这可能有助于纳米节点在不久的将来应用于商业数据存储
顶部显示的天顶平衡结构(彩色圆锥体象征原子磁体的方向)可以以两种不同的方式衰减(左和右)
这些路径是在计算机模拟的帮助下发现的
过渡结构显示在第二行
第三行显示了跃迁过程中相应的能量分布，能量山标志着单个原子磁体的决定性反转
最下面一行中的图显示了两个过程的转换速率
这些图是通过实验确定的，在天空中200个不同的位置上沉积额外的电子，并通过测量电子的过剩能量来确定纳米结是否已经解开
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