חוקרים פיתחו שיטה ליצור ולייצב טקסטורות ספין מורכבות, כמו מערבולות רדיאליות, תוך שימוש במבנים מוליכים-על ופגמים על פני השטח. התקדמות זו עשויה להשפיע באופן משמעותי על הספינטרוניקה על ידי מתן אפשרות שימוש בחומרים פרומגנטיים שונים ושיפור אחסון הנתונים ופעולות לוגיות עם צריכת חשמל נמוכה יותר. קרדיט: twoday.co.il.com
צוות ב-HZB חקר שיטה חדשה ופשוטה ב-BESSY II שניתן להשתמש בה כדי ליצור מערבולות מגנטיות רדיאליות יציבות בסרטים דקים מגנטיים.
בחומרים מסוימים, ספינים יוצרים מבנים מגנטיים מורכבים בסולם הננומטר והמיקרומטר שבהם כיוון המגנטיזציה מתפתל ומתפתל לאורך כיוונים ספציפיים. דוגמאות למבנים כאלה הם בועות מגנטיות, סקירמיונים ומערבולות מגנטיות.
Spintronics שואפת לעשות שימוש במבנים מגנטיים זעירים כאלה כדי לאחסן נתונים או לבצע פעולות לוגיות עם צריכת חשמל נמוכה מאוד, בהשוואה לרכיבים המיקרו-אלקטרוניים הדומיננטיים של היום. עם זאת, היצירה והייצוב של רוב המרקמים המגנטיים הללו מוגבלים לכמה חומרים וניתנים להשגה בתנאים מאוד ספציפיים (טמפרטורה, שדה מגנטי…).
גישה חדשה
שיתוף פעולה בינלאומי בראשות הפיזיקאי של HZB ד"ר סרג'יו ולנסיה חקר כעת גישה חדשה שניתן להשתמש בה כדי ליצור ולייצב טקסטורות ספין מורכבות, כגון מערבולות רדיאליות, במגוון תרכובות. במערבולת רדיאלית, המגנטיזציה מצביעה לכיוון או הרחק ממרכז המבנה. סוג זה של תצורה מגנטית הוא בדרך כלל מאוד לא יציב. במסגרת גישה חדשנית זו, מערבולות רדיאליות נוצרות בעזרת מבנים מוליכים-על בעוד שהתייצבותן מושגת על ידי נוכחות של פגמים על פני השטח.
הצוות בראשותו של סרג'יו ולנסיה ניתח את הדגימות במיקרוסקופ אלקטרונים פליטת פוטו באמצעות XMCD ב- BESSY II. התמונות מציגות את מרקמי הספין המיושרים בצורה רדיאלית בדגימה עגולה ומרובעת המורכבת מחומר פרומגנטי על אי YBCO מוליך-על. החץ הלבן מציג את קרן הרנטגן המתרחשת. קרדיט: © HZB
מוליכים-על YBCO-איים
הדגימות מורכבות מאיים בגודל מיקרומטר העשויים ממוליך-על בטמפרטורה גבוהה YBCO שעליו מונחת תרכובת פרומגנטית. בקירור המדגם מתחת ל-92 קלווין (-181 מעלות צלזיוס), YBCO נכנס למצב מוליך-על. במצב זה, שדה מגנטי חיצוני מופעל ומוסר מיד. תהליך זה מאפשר חדירה והצמדה של קוונטות שטף מגנטי, אשר בתורו יוצר שדה תועה מגנטי. שדה תועה זה הוא שמייצר מיקרו-מבנים מגנטיים חדשים בשכבה הפרומגנטית שמעליה: ספינים בוקעים באופן רדיאלי ממרכז המבנה, כמו במערבולת רדיאלית.
תפקידם של פגמים
ככל שהטמפרטורה עולה, YBCO עובר מהמוליך-על למצב נורמלי. אז שדה התועה שנוצר על ידי איי YBCO נעלם, וכך גם המערבולת הרדיאלית המגנטית. עם זאת, חוקרים ומשתפי פעולה של HZB הבחינו כי נוכחותם של פגמים על פני השטח מונעת זאת: המערבולות הרדיאליות שומרות באופן חלקי על המצב המוטבע, אפילו כאשר מתקרבים לטמפרטורת החדר.
"אנו משתמשים בשדה המגנטי שנוצר על ידי המבנים המוליכים על מנת להטביע תחומים מגנטיים מסוימים על הפרומגנטים המוצבים עליהם, ובפגמי פני השטח כדי לייצב אותם. המבנים המגנטיים דומים לזה של סקירמיון ומעניינים עבור יישומים ספינטרוניים", מסביר ולנסיה.
הגיאומטריה חשובה
מערבולות טבועות קטנות יותר היו בקוטר של כ-2 מיקרומטר, בערך פי עשרה מהגודל של סקירמיונים טיפוסיים. הצוות חקר דגימות עם גיאומטריות מעגליות ומרובעות ומצא שגיאומטריות מעגליות הגבירו את היציבות של מערבולות רדיאליות מגנטיות מוטבעות.
"זוהי דרך חדשה ליצור ולייצב מבנים כאלה וניתן ליישם אותה במגוון חומרים פרומגנטיים. אלו הם סיכויים חדשים וטובים להמשך הפיתוח של ספינטרוניקה מוליכת-על", אומר ולנסיה.
