Max Born Institute ve işbirliği kurumlarında bir araştırmacı ekibi, ince ferromanyetik filmlerde skyrmion çantaları olarak bilinen karmaşık manyetik dokular oluşturmak için güvenilir bir yöntem geliştirdi. Skyrmion çantaları, yaygın olarak incelenen tek skyrmionların ötesine geçen çörek benzeri, topolojik açıdan zengin spin dokularıdır.
Manyetik skyrmions, spintronik ve veri depolama alanında umut verici uygulamalara sahip nanometre boyutlu, kararlı mıknatıslama girdaplarıdır. En basit formları kapsamlı bir şekilde araştırılmış ve spinlerin ince bir manyetik filmde dışarıdan içeriden 180 ° döndüğü dairesel bir şekle girmiştir. Bu nedenle, Skyrmion’un merkezindeki dönmeler, Skyrmion dışındaki kişilere ters yöne işaret eder.
Daha karmaşık konfigürasyonlar, spinlerin 360 ° döndüğü Skyrmionium’u içerir ve Skyrmioniumum’un merkezindeki spinler, dışarıdakilerle aynı oryantasyona sahiptir ve bu da halka benzeri bir yapıya neden olur. Dikkat çekici bir şekilde, bu halka tekrar skyrmions ile doldurulabilir, bu da halkanın içindeki bir skyrmion için hedef skyrmion ve içinde birden fazla skyrmion için skyrmion torbalarına yol açar.
Teori zaten bu tür üst düzey konfigürasyonları öngörmüş olsa da, gerçek malzemelerde kontrollü bir şekilde üretilmesi zor kalmıştır.
Yayınlanan yeni bir çalışmada Gelişmiş Malzemeler (bkz. Şekil 1), araştırma ekibi, odaklanmış helyum-iyon ışınları yoluyla tanıtılan malzemenin manyetik özelliklerinin nano ölçekli modifikasyonlarının bu üst düzey dokuların oluşumunu nasıl teşvik edebileceğini göstermektedir.
Bu lokal anizotropi modifikasyonları, istenen yapıların tek bir ultrafast lazer darbeleri kullanılarak seçici olarak oluşturulabileceği şekilde tasarlanmıştır. 200 nm altı ölçeğinde özelliklere sahip ortaya çıkan manyetik dokular, Max Born Institute’da geliştirilen özel bir lazer sistemi ile donatılmış yüksek çözünürlüklü bir X-ışını mikroskobu kullanılarak doğrudan görüntülenmiştir.
Araştırmacılar, boş skyrmionyumdan dört skyrmion ile doldurulmuş torbalara kadar çeşitli skyrmion torbalarının üretildiğini gösterir (bkz. Şekil 2). Tek lazer darbeleri tarafından tetiklenen Skyrmion-Bag üretiminin, tamamen manyetik alan güdümlü bir yaklaşıma kıyasla önemli ölçüde daha yüksek bir başarı oranına sahip olduğunu gösterdiler.
Bu tür dokuların tekrarlanabilir, tutarlı üretimi, gelecekteki zamana bağlı deneylerde üst düzey skyrmionların dinamiklerini incelemek için temel ön koşuldur. Bu çalışma, nano ölçekte topolojik kontrolden yararlanan gelecekteki spintronic cihazlara doğru önemli bir adım olan ince film malzemelerinde karmaşık skyrmion durumlarını araştırmak ve kullanmak için pratik bir yol sunmaktadır.
