Физики из МФТИ и Института общей физики РАН проследили за тем, как ведут себя скирмионы, своеобразные магнитные вихри, внутри основы для будущей спиновой памяти, что поможет ученым понять, как создать ячейки памяти для квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.
Скирмионы представляют собой особые гипотетические частицы материи, обладающие необычными магнитными свойствами, которые делают их похожими или на своеобразного "ежа" или микроскопический вихрь. Кончики игл у такого "ежа" или края урагана заряжены положительно, а тело "животного", или эпицентр урагана – отрицательно.
Подобные структуры, как объясняет Сергей Демишев из МФТИ в Долгопрудном и его коллеги, обладают чрезвычайно высокой стабильностью, что позволяет использовать их в качестве долговечных и экономичных ячеек памяти для спиновых и квантовых компьютеров будущего, а также обычных компьютеров современности.
"Настоящих" скирмионов ученые пока не открыли и не создали, и их ближайшими аналогами являются особые структуры внутри тонких пленок из магнитных материалов или особых веществ, вроде силицида марганца, в которых подобные вихри возникают при особых условиях – к примеру, при температурах, близких к абсолютному нулю.
По этой причине физики-теоретики и их коллеги-практики сегодня активно изучают поведение таких виртуальных скирмионов, пытаясь понять, как они возникают и как можно заставить такие вихри рождаться в более удобных для их практического использования условиях.
К примеру, физики из России пытались понять, почему скирмионы рождаются не только на поверхности двумерных пленок из силицида марганца, но и в его одиночных кристаллах. На этот счет есть несколько точек зрения – часть ученых считает, что магнитные "воронки" рождаются в них отдельно друг от друга, а другие полагают, что они неотрывно связаны друг с другом и что характер их рождения связан со структурой кристалла.
Для ответа на этот вопрос Демишев и его коллеги проследили за тем, как менялось сопротивление у кристаллов MnSi при изменениях в направлении и силе магнитного поля, а также при понижении и повышении температур.
Эти опыты показали, что на самом деле существуют и скирмионы-"индвидуалисты", и скирмионы-"коллективисты" – манера их рождения и поведения зависит от температуры и свойств магнитного поля. По словам Демишева, подобное поведение роднит MnSi и другие материалы со сверхпроводниками второго рода, во внешних слоях которых при определенных обстоятельствах так же возникают магнитные ураганы и потоки сверхпроводящего тока, которые ученые называют "вихрями Абрикосова".
С практической точки зрения одиночные скирмионы можно использовать для передачи и хранения информации и реализации различных логических операций. Теперь дело за малым: физикам осталось найти материалы, аналогичные высокотемпературным сверхпроводникам, в которых миниатюрные магнитные вихри будут устойчивы при комнатных температурах.
