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保护下一代信息载体的有效策略

磁性斯格明子是一种多功能拓扑物体,可用于在未来的自旋电子信息处理设备中携带信息。作为潜在的非易失性信息载体,自旋电子器件中的斯格明子具有出色的耐久性和稳健的保持性。然而,之前的研究表明,由于所谓的斯格明子霍尔效应,在高速运行期间,斯格明子很容易在器件边缘被破坏。由于这些原因,当前斯格明子研究的一个重点是找到有效的方法来保护斯格明子免于因接触设备边缘而被破坏。典型的解决方案包括消除反铁磁和合成反铁磁系统中的斯格明霍尔效应。

在发表在 Nano Letters 上的一项研究中,由信州大学电气与计算机工程系的 Xiaoxi Liu 教授领导的小组及其合作者在实验中证明,斯格明子可以有效地限制在通道中并防止在设备中被破坏更常用的铁磁系统中的边缘。在设计的通道中限制斯格明子对于任何基于斯格明子的积累和传输的实际应用都是基础。作者发现,斯格明子在铁磁材料中的位置可以通过工程能垒和阱来控制。因此,他们通过实验制造了一种磁性多层膜,该膜具有许多能量势垒和由具有修改磁性的图案形成的阱,他们发现斯格明子可以被模式的边界吸引或排斥。通过在大型铁磁薄膜中制造具有改良磁性的方形和条纹图案,作者展示了为作为信息载体的斯格明子的限制、积累和潜在传输建立可靠通道的可能性。

此外,本研究中报道的这种方法也为未来研究斯格明子与一维和二维基底相互作用提供了可能性,这是过去几十年理论上研究的重要动力学问题。

“我们的研究表明,通过简单而有效的方法可以实现对斯格明子的强大拓扑保护,这具有实际应用的重要性,”领导这项研究的信州大学的实验家刘小希教授解释说。

JSPS 高级研究员张锡超博士说:“研究结果表明,我们可以使用修改后的磁特性模式来控制斯格明子的静态和动态行为。”然后他补充道,“在我们未来的工作中,我们将调查当前-在设计的通道中诱导斯格明子的动力学,这将是迈向基于斯格明子的自旋电子器件的又一重要步骤。”

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