在含铁材料中检测到超小涡流磁涡

微电子构成了当今许多现代技术的基础，包括智能手机、笔记本电脑甚至超级计算机。它基于允许和停止电子流过材料的能力。自旋电子学或自旋电子学是一个衍生产品。它基于电子的自旋，以及电子自旋与电荷一起产生磁场的事实。

“这一特性可用于未来计算机内存存储，类脑和其他新型计算系统以及高效微电子学的构建块，”美国能源部(DOE)阿贡国家实验室材料科学部门组长Charudatta Phatak说。

包括阿贡和国家高磁场实验室(MagLab)的研究人员在内的一个团队在铁，锗和碲的磁性材料中发现了令人惊讶的特性。这种材料是薄片的形式，厚度只有几到10个原子。它被称为2D铁磁体。

研究小组发现，两种磁场可以在这种超薄材料中共存。科学家称它们为梅龙和天空。它们就像微型漩涡风暴系统，点缀在铁磁体的平坦景观中。但它们的大小和漩涡行为不同。

已知和研究了大约15年，skyrmions的大小约为100纳米 - 与单个病毒分子大致相同 - 它们的磁场以复杂的模式流动，类似于绳子上的结股。直到最近才发现，梅龙的大小大致相同，并且具有像漩涡一样旋转的磁场。

“Skyrmions和merons都非常稳定，因为就像牢固的结一样，它们很难解开，”在MagLab和佛罗里达州立大学联合任命的Luis Balicas说。“这种稳定性以及它们的磁性使它们作为信息载体具有吸引力。

该团队是第一个在从零下280华氏度到零下155华氏度的低温下同时在薄膜中观察这两种磁性纹理的团队。此外，梅龙在室温下仍然存在，这是在实际设备中利用它们的重要考虑因素。过去，它们只能在不同材料中低得多的温度下观察到。

研究小组还表明，通过测量电压，可以从它们对施加电流的影响中检测到skyrmions和merons。此功能意味着它们可以适应所有数字计算机中使用的二进制代码。此代码由 1 和 0 的组合组成。在自旋电子学装置中，1将由检测skyrmion或meron的电信号表示。没有电信号将传达0。

检测和表征不到十个原子厚的薄膜中的不同磁性纹理需要特殊的科学工具。阿贡物理学家Yue Li使用一种称为洛仑兹透射电子显微镜(TEM)的仪器领导了这项具有挑战性的任务。该显微镜包括像差校正技术以提高其分辨率。该TEM可以在宽温度范围内以纳米尺度的不同磁场可视化材料的磁化，这是Argonne的独特功能。范围从零下 280 华氏度延伸到室温。

该团队在美国能源部科学办公室用户设施阿贡纳米材料中心进行了额外的磁性和其他成像。

“需要更多的基础研究来充分了解Skyrmions和meron在不同条件下的行为，以及如何在编码信息中使用它们，”Balicas说。“许多看似科幻的计划都在那里。我们无法预测未来，但似乎一个或多个可能会实现。

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