Теперь, исследовательская группа в Сингапуре использовала компьютерные моделирования, чтобы далее исследовать поведения skyrmions, вникая, который может помочь ученым, и инженеры лучше изучают квазичастицы в экспериментах. Новые результаты, изданные в Достижениях AIP, от AIP Publishing, могли также привести к находящимся в skyrmion устройствам, таким как микроволновые наногенераторы, используемые в диапазоне заявлений включая радиосвязь, системы отображения, радар и GPS.«Его уникальные признаки, например, могли теоретически позволить ноутбуки с жесткими дисками размер арахиса и все же расходовать мало энергии», сказали Мэн Хау Кок из Национального университета Сингапура и один из авторов работы.Наблюдаемый в 2009, skyrmions являются результатом коллективного поведения электронов в магнитных материалах при определенных условиях.
Из-за их вращений, электроны действуют как крошечные магниты, где их магнитные полюса выравнивают с их вращениями. Явление назвало Взаимодействие Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) – который происходит в интерфейсе между магнитным слоем, и антимагнитный металл – наклоняет вращения и устраивает их в круглые образцы. Эти круглые меры вращений, которые ведут себя коллективно как частицы, являются skyrmions.
Хотя исследователи учились, как группы skyrmions ведут себя, мало известно об их внутренних поведениях, сказал Куок. В частности, физики не полностью понимают три фундаментальных способа частиц, которые походят на фундаментальные вибрационные способы струны гитары, соответствующей различным музыкальным нотам. Как те примечания, каждый skyrmion способ связан с определенной частотой.«Способы могут считаться круглыми образцами вращений, танцующих в синхронизации», сказал Куок.
Понимание способов важно для знания, как частицы вели бы себя.В одном из способов, названных дыхательной модой, образец вращений поочередно расширяется и сокращается. В двух других способах круглое расположение вращений вращается в по часовой стрелке и направления против часовой стрелки, соответственно.
Исследователи сосредоточились на типе skyrmion, названного Neel skyrmion, который существует в ультратонких пленках, депонированных на металлах с сильным DMI. Используя компьютер, они моделировали, как DMI и внешние магнитные поля переменных преимуществ затронули способы и свойства частиц.
Они нашли, что, учитывая ту же самую силу DMI, и если в кристаллической фазе, частоты, соответствующие каждому способу, зависят по-другому от силы магнитного поля.Увеличение магнитного поля также побуждает skyrmions изменять фазу друг относительно друга от того, чтобы быть устроенным в заказанных множествах как кристалл к беспорядочно распределенному и изолированному.
Исследователи нашли, что эти три способа по-другому отвечают на этот переход фазы.Удивительно, Куок сказал, все три способа могут существовать в кристаллической фазе, в то время как по часовой стрелке вращательный способ не существует в изолированной фазе.
Одна причина, моделирования показали, могла бы состоять в том, что skyrmions более далеки обособленно в изолированной фазе, чем в кристаллической фазе. Если skyrmions слишком далеко друг от друга, то они не могут взаимодействовать. Это взаимодействие могло бы быть необходимым для по часовой стрелке вращательного способа, сказал Куок.
Поскольку частоты способа skyrmions находятся в микроволновом диапазоне, квазичастицы могли использоваться для новых микроволновых наногенераторов, которые являются важными стандартными блоками для микроволновых интегральных схем.Микроволновый наногенератор на основе skyrmions мог работать на трех резонансных частотах, соответствуя этим трем способам. Увеличивающееся магнитное поле понизило бы резонансные частоты дыхания и по часовой стрелке вращения способов по различным ставкам, но увеличило бы резонансную частоту против часовой стрелки вращающегося способа. Такое находящееся в skyrmion устройство было бы более компактным, стабильным, и потребовало бы меньшего количества энергии, чем обычные, основанные на электроне наногенераторы.
Но прежде чем skyrmions находят свой путь в устройства, исследователи все еще должны спроектировать свои определенные желаемые свойства, такие как размер, и точно настроить их динамические свойства. «Наши результаты могли обеспечить теоретическое понимание обращения к этим проблемам», сказал Куок.