В магнитных материалах с антисимметричным обменным взаимодействием могут возникать особые структуры, называемые магнитными скирмионами. Эти структуры ведут себя подобно частицам и могут управляться электронами. Впервые они были обнаружены в 2009 году и с тех пор создаются и контролируются при комнатной температуре во многих материалах.
Скирмионы как носители информации
Скирмионы, являясь энергонезависимыми носителями информации, играют ключевую роль в электронных и спинтронных устройствах. Их размер составляет всего несколько нанометров, что обеспечивает высокую плотность хранения данных. Для их перемещения требуется низкий ток, они топологически устойчивы и обладают радиационной стойкостью в экстремальных условиях.
Препятствия на пути реализации скирмионной логики
За последнее десятилетие большинство публикаций в этой области, как экспериментальных, так и теоретических, были сосредоточены на применении отдельных изолированных магнитных скирмионов. Основная причина заключается в стремлении использовать наноразмерный размер одиночного магнитного скирмиона. Однако изолированные магнитные скирмионы — это объекты, подобные наночастицам, которыми крайне сложно управлять точно.
В частности, фундаментальные операции для логических вычислений на основе изолированных скирмионов, такие как точное дублирование одного скирмиона в два скирмиона или слияние двух скирмионов в один, крайне сложно реализовать в экспериментах.
Исследование потоков магнитных скирмионов
Группа учёных под руководством профессора Масахито Мочизуки из отдела прикладной физики Университета Васэда и при участии доцента Сичао Чжана из Университета Васэда исследовала поведение потоков множества магнитных скирмионов в наноструктурированных устройствах.
Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. В нём учёные сообщают о новом подходе к реализации скирмионной логики, основанном на принципах работы с жидкостями. Они демонстрируют, что с помощью вычислительного моделирования магнитными скирмионами можно управлять так же, как водой, текущей в наножидкостных каналах, что значительно упрощает технологию скирмионной электроники.
Логические операции на основе потоков скирмионов
В наномасштабных устройствах управлять потоком воды значительно проще, чем отдельной молекулой воды. То же самое относится и к скирмионам. Учёные предлагают использовать информацию, переносимую полностью развитыми потоками скирмионов, а не отдельными скирмионами. Они демонстрируют, что некоторые базовые логические операции можно реализовать на основе взаимодействующих потоков скирмионов.
Наножидкостная логика, основанная на потоках скирмионов, устраняет необходимость в детерминированном создании, точном управлении и обнаружении отдельного скирмиона в работе устройств.
Потенциал скирмионной логики
Исследование демонстрирует, что скирмионная логика обладает большим потенциалом как для фундаментальной науки, так и для технологических приложений. Учёные намерены продолжить исследования и создать новую область физики, которую можно назвать гидродинамикой наномасштабных магнитных текстур.
Источник: Университет Васэда.