_ Oamenii de știință studiază comportamentele de skyrmions chirali în obstacole chirale asemănătoare florilor

În natură, mișcarea colectivă a unor păsări și pești, precum stolurile de grauri și, respectiv, bancurile de sardine, poate genera fenomene dinamice impresionante. Studiul lor constituie știința materiei active, care a fost un subiect de mare interes în ultimele trei decenii.

Dinamica colectivă unică a materiei active este guvernată de mișcarea fiecărei entități individuale, de interacțiunile dintre ele, precum și interacțiunea lor cu mediul.

Studii recente arată că unele molecule și bacterii autopropulsate prezintă mișcare circulară cu o chiralitate fixă ​​(proprietatea unui obiect în care nu poate fi suprapus imaginii sale în oglindă prin orice număr de rotații sau translații), care pot permite selecția moleculelor și bacteriilor cu chiralitate specifică pe baza dinamicii lor. Cu toate acestea, există o lipsă de cercetare privind obiectele asemănătoare materiei active din materialele magnetice și feroelectrice nebiologice pentru aplicații pentru dispozitive electronice.

În acest sens, skyrmionii chirali sunt promițători. Sunt un tip special de texturi de spin în materiale magnetice cu interacțiuni de schimb asimetrice, care pot fi tratate ca cvasi-particule. Ei poartă sarcini topologice întregi și au o chiralitate fixă ​​fie +1, fie -1.

Recent, un grup de oameni de știință, condus de profesorul Masahito Mochizuki de la Departamentul de Fizică Aplicată de la Universitatea Waseda și incluzând Dr. Xichao Zhang de la Universitatea Waseda și profesorul Xiaoxi Liu de la Universitatea Shinshu, au studiat pe larg comportamentele materiei active ale skyrmionilor chirali. Lucrarea lor este publicată în jurnalul Nano Letters.

În acest studiu, oamenii de știință au plasat skyrmioni chirali în obstacolele nanostructurii chirale sub forma unei simple flori chirale. Ei au studiat apoi dinamica mersului aleatoriu a skyrmionului activat termic care interacționează cu obstacolul chiral asemănător unei flori dintr-un strat feromagnetic, ceea ce ar putea crea rezultate dependente de topologie.

„Cercetarea noastră demonstrează pentru prima dată că Skyrmionii chirali magnetici prezintă comportamente asemănătoare materiei active, chiar dacă sunt de origine non-biologică și chiar modele spațiale pur și simplu intangibile”, spune prof. Mochizuki.

Skyrmionul cu o chiralitate de -1 are potențialul de a lasă o floare chirală stângă, iar skyrmionul cu o chiralitate de +1 are potențialul de a lăsa o floare chirală dreaptă. Cercetătorii au efectuat o serie de simulări pentru a observa modul în care skyrmionii s-ar comporta în ambele cazuri la temperaturi diferite: 100 K, 150 K, 180 K și 200 K.

Au stabilit timpul de simulare la 500 ns, cu un pas de timp de 0,5 ns. Echipa a descoperit că, în funcție de combinația de variabile, Skyrmion fie rămâne în obstacol, fie scapă de el. Deoarece mișcarea skyrmionului se datorează mișcării browniene dependente de temperatură, care este de natură dezordonată, acesta este un caz interesant de obținere a unui rezultat ordonat prin mișcare dezordonată. În special, acest sistem poate fi folosit pentru a dezvolta un dispozitiv de sortare topologică.

Când a fost întrebat despre implicațiile pe termen lung ale activității lor, prof. Liu remarcă: „Rezultatele cercetării noastre pot fi utile pentru construirea viitoare a procesării informațiilor. și dispozitive de calcul cu densitate mare de stocare și consum redus de energie."

"Pe termen lung, acestea pot oferi linii directoare pentru proiectarea și dezvoltarea hardware-ului electronic și spintronic neconvențional, în care informațiile sunt transportate de către texturi de spin topologic în nanostructuri. Se așteaptă ca această realizare să îmbunătățească viața oamenilor, deoarece aceștia ar fi capabili să proceseze informații într-un mod eficient din punct de vedere energetic, conducând la o societate mai ecologică", conchide Dr. Zhang.

(Fluierul)