1729974127
2024-10-26 20:06:00
未使用
バークレー研究所の研究者らは、磁気スキルミオンの 3D 構造を画像化する技術を開発することで、磁気スキルミオンの理解を進めてきました。
これらのナノスケールの物体は、データ保存機能の強化とエネルギー消費の削減を通じてマイクロエレクトロニクスに革命をもたらす可能性を示しています。
磁気スキルミオンと呼ばれる説明が難しいナノスケール構造は、膨大なデータ記憶容量と大幅に低い電力要件を備えた高度なマイクロ電子デバイスを作成する可能性を秘めています。
しかし、スキルミオンを将来の計算デバイス、場合によっては量子コンピューターに確実に統合するには、研究者はその特性をより徹底的に理解する必要があります。エネルギー省ローレンス・バークレー国立研究所（バークレー研究所）の上級研究員であるピーター・フィッシャー氏は、3D X線イメージングを使用してスキルミオンの詳細なビューを取得し、特に物体全体にわたる磁気スピンの向きを測定するプロジェクトを主導しました。 「私たちの結果は、スピントロニクスデバイスのナノスケール計測学の基礎を提供します」とフィッシャー氏は述べた。この作品は最近出版されました 科学の進歩。
「私たちの結果は、スピントロニクスデバイスのナノスケール計測学の基礎を提供します。」
ピーター・フィッシャー
X線画像から得られたスキルミオンの3D再構成。クレジット: バークレー研究所
スキルミオンの特徴と可能性
磁気スキルミオンは、回転する磁気の円と考えることができる、とフィッシャーのチームの学生研究者であり、この研究の筆頭著者であるデビッド・ラフトリーは説明する。中心では磁気スピンは上向きですが、中心から離れるにつれて磁気はねじれ、下方向に引っ張られます。さらに、スキルミオンは安定しており、小さく、速く、簡単に展開されないという特性を材料科学者は「トポロジカル」と呼んでいます。
これらのスピン方向はスキルミオンの魅力の一部です。現在のデバイスで電子が情報を運び、保存するのとほぼ同じ方法で、スキルミオンを使用して情報を運び、保存できるからです。 「しかし、今日行われているように、電子の電荷に依存すると、避けられないエネルギー損失が伴います。スピンを使えば損失は大幅に減ります」とフィッシャー氏は語った。
スキルミオンの 3D 構造を探る
スキルミオンの理論的知識は、スキルミオンを 2D オブジェクトとして説明することに基づいています。しかし、現実のエレクトロニクスやシリコン ウェーハの世界では、たとえどんなに薄くても、スキルミオンは 3D オブジェクトとして扱われなければなりません。スキルミオンを機能させるため、あるいはいつかカスタム スキルミオンを合成するには、研究者は 3D オブジェクト全体にわたるスキルミオンのスピン特性を調べて理解できなければなりません。
スキルミオンの磁気の渦を上から見て、層をスライスし始めると、連続する各層は同じであると考えるかもしれません。 「しかし、そうではありません」とラフトリー氏は言う。 「そして私たちはこう言いました、分かった、どうすればこの問題を回避できるだろうか？これを実際にどのように実証すればよいでしょうか?」
スキルミオン研究の画期的な進歩
ラフトリー氏は、Western Digital の同僚が合成した薄い磁性層を取得し、Molecular Foundry のナノ製造施設を使用してナノディスクをパターン化しました。 3D 断層撮影画像を取得するために、彼はスイスに行き、スイス光源の顕微鏡ビームラインで磁気 X 線ラミノグラフィーと呼ばれる新しいイメージング技術を使用しました。
X線ラミノグラフィーでは、「基本的には再構成と再構築が可能です」 [the skyrmion] これらの非常に多くの画像とデータから」とラフトリー氏は語った。これは数か月を要したプロセスであり、最終的にスキルミオンのスピン構造についての理解を深めることができました。
スキルミオンの3Dスピンテクスチャーを完全に理解することで、「2次元では実現できない強化された機能を備えた3Dトポロジカルスピントロニクスデバイスを探索し、調整する機会が開かれる」とフィッシャー氏は述べた。
参考文献: David Raftrey、Simone Finizio、Rajesh V. Chopdekar、Scott Dhuey、Temuujin Bayaraa、Paul Ashby、Jörg Raabe、Tiffany Santos、Sinéad Griffin、Peter Fischer 著「三次元における磁気スキルミオンのトポロジーの定量化」、2024 年 10 月 2 日、 科学の進歩。
DOI: 10.1126/sciadv.adp8615
Molecular Foundry は、バークレー研究所にある DOE Science Office のユーザー施設です。
この研究はDOE科学局の支援を受けました。
#磁気スキルミオンの #スピンの秘密を解き明かし未来のエレクトロニクスに動力を与える