Un film ultrasottile a più strati potrebbe essere la chiave per progettare dispositivi di archiviazione più veloci e meno affamati di energia delle soluzioni di memoria esistenti. La soluzione, messa a punto dal team guidato dal professor Yang Hyunsoo della National University of Singapore (NUS), insieme ai ricercatori del Brookhaven National Laboratory, della Stony Brook University e della Louisiana State University, sfrutta le proprietà di piccoli vortici magnetici detti "skyrmioni" per archiviare ed elaborare le informazioni.
Gli skyrmioni sono strutture magnetiche vorticose di pochi nanometri, scoperte nei materiali magnetici nel 2009 e studiate come possibili "vettori di informazioni" nei futuri dispositivi logici e di archiviazione. Hanno dimostrato di esistere all'interno di sistemi multi strato, in presenza di un metallo pesante posto sotto a un materiale ferromagnetico.
A causa dell'interazione tra i due materiali, si forma "un'interazione Dzyaloshinskii-Moriya" (DMI), che permette di stabilizzare uno skyrmione. Tuttavia, senza un campo magnetico esterno, la stabilità dello skyrmione risulta compromessa e, a causa della dimensione ridotta, è molto difficile idealizzare i nanomateriali.
Per risolvere questi due problemi i ricercatori hanno lavorato con l'obiettivo di creare skyrmioni magneticamente stabili a temperatura ambiente, senza la necessità di un campo magnetico polarizzato. I ricercatori del NUS hanno dimostrato che è possibile mantenere un'ampia DMI con soluzioni multistrato composte da cobalto e palladio. Questo permette di stabilizzare la rotazione dello skyrmione.
Al fine di visualizzare la struttura magnetica su questo film, i ricercatori hanno usato un microscopio elettronico a microscopia Lorentz (L-TEM) che permette di vedere strutture magnetiche sotto i 10 nanometri. Gli studiosi hanno scoperto che inclinando il film rispetto al fascio elettronico si può ottenere un contrasto chiaro e costante con quello atteso per gli skyrmioni, con dimensioni inferiori a 100 nanometri.
"Da tempo si pensava che non ci fosse DMI in una struttura simmetrica come quella del nostro lavoro e che quindi non sarebbe stato uno skyrmione. Inaspettatamente abbiamo trovato sia un vasto DMI, sia gli skyrmioni nel film multistrato che abbiamo progettato. In più, questi skyrmioni in nanoscala persistono anche dopo la rimozione di un campo magnetico di polarizzazione esterno, e sono i primi nel loro genere", ha affermato il Professor Yang.
L'esperimento apre la strada alla creazione di un materiale totalmente nuovo nel quale si possono creare gli skyrmioni. Senza la necessità di un campo di polarizzazione, progettare dispositivi basati su skyrmioni è nettamente più semplice. La dimensione molto ridotta degli skyrmioni, combinata alla stabilità, potrebbe essere potenzialmente utile per progettare futuri dispositivi spintronici (che sfruttano spin e cariche degli elettroni), efficienti e più veloci delle attuali tecnologie di memoria.
Al momento il Professor Yang e il suo team stanno studiando come questi skyrimioni interagiscono l'un l'altro e con le correnti elettriche, al fine di sviluppare ulteriormente componenti elettronici basati su questi "vortici magnetici".