Магнитные вихри, которые не сносит током экспресс
Магнитный вихрь, или скирмион, похож на крошечный водоворот в море спинов — собственных магнитных моментов атомов. Как воронка в реке, он закручивает намагниченность вокруг себя, и этот узор оказывается очень стойким: его трудно разрушить случайной встряской. Именно поэтому скирмионы рассматривают как носители информации для будущих микросхем — один вихрь мог бы хранить бит, а двигаться они способны под действием малых токов.
Но есть загвоздка. Обычный одиночный вихрь под током ведёт себя как гонщик, которого постоянно сносит к обочине. Это так называемый эффект Холла для скирмионов. А ещё для жизни им почти всегда нужно внешнее магнитное поле — как рыбе вода. Авторы новой работы предложили решить обе проблемы разом. Они взяли два слоя с противоположной закруткой вихрей — своего рода «антивихревую пару», где один компенсирует снос другого. И поместили всё это на специальную магнитную подложку, которая работает как невидимый штатив: она задаёт внутреннее поле, позволяя вихрям существовать даже при нулевом внешнем.
Исследователи использовали магнитно-силовой микроскоп — прибор, который ощупывает магнитный рельеф поверхности острой иглой, как слепой читает шрифт Брайля. Так они напрямую увидели стабильные вихри без внешнего поля и подтвердили, что размер можно уменьшить до рекордных величин. Компьютерное моделирование показало: подложка не только удерживает вихри, но и подавляет образование лишних магнитных доменов — областей с однородной намагниченностью, которые могли бы испортить картину.
Такой подход открывает путь к созданию плотной и энергоэффективной памяти. Жёсткий диск, где головка не бегает механически, а вихри сами скользят по нанометровым дорожкам, подталкиваемые слабыми импульсами тока — и не виляют в сторону. Технология пока лабораторная, но рецепт «слой-антислой плюс магнитная подложка» оказался на удивление масштабируемым: его можно перенести на другие материалы и архитектуры.
Скирмионы названы в честь британского физика Тони Скирма, который в 1960-х придумал похожие математические объекты для описания ядерных частиц — и не подозревал, что через полвека их найдут в магнетиках.
В мире «Звёздных войн» голографические карты хранят гигантские объёмы данных в кристаллах; скирмионная память могла бы стать реальным шагом к такой плотной и быстрой записи.