Физики расширили понимание магнитных вихрей
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Работа опубликована в журнале Nanoscale Advances. Ежегодно на планете создаются и собираются сотни петабайт данных, которые надо где-то хранить. Используемые сейчас устройства, например типов hdd и ssd, имеют недостатки в виде относительной хрупкости и ограниченности в возможности хранения данных. Одним из следующих этапов развития данной отрасли может служить переход к магнитным накопителям, использующим небольшие «вихри». Эти магнитные вихри, называемые скирмионами, образуются в некоторых веществах и могут иметь размер в миллиардные доли метра.
Как показывают исследования, скирмионы оказались чрезвычайно устойчивы к внешним воздействиям. Еще одной их важной особенностью является то, что ученые могут контролировать их поведение, изменяя температуру или применяя электрический ток. Однако эта область остается еще довольно слабо изученной, и необходимы исследования, направленные на улучшение понимания свойств и устройства таких веществ.
Сергей Еремеев, ведущий научный сотрудник ИФПМ СО РАН, поясняет: «Центросимметричный антиферромагнетик GdRu2Si2 хорошо известен с начала 1980-х годов. Недавно он вернулся в поле зрения исследовательских проектов с открытием квадратной магнитной решетки скирмиона без геометрически нарушенной симметрии. Эта фаза скирмиона появляется во внешнем магнитном поле 2–2,5 Тл при температуре ниже 20 К. Хотя магнитные свойства материала на протяжении многих лет изучались очень подробно, появление фазы скирмиона возобновило и активизировало дискуссии, особенно касающиеся особенностей появления скирмионов».
Задачей ученых было исследование свойств этого материала и предсказание возможных кандидатов, которые могли бы обнаружить необычные свойства магнитных скирмионов, а также получение подробной информации о поверхностных и объемных электронных структурах и, самое главное, о том, как электронная структура модифицируется при изменении температуры.
Были выращены монокристаллы GdRu2Si2 высокой чистоты и структурного качества. Образцы скалывали в сверхвысоком вакууме и проводили исследование их электронной энергетической структуры при различных температурах с помощью фотоэлектронной спектроскопии. Использование синхротронного излучения позволило получить данные высокого качества. Экспериментальные результаты сопоставлялись с расчетами электронной структуры, выполненными в рамках теории функционала плотности.
Таким образом, авторы исследовали объемную и поверхностную электронную структуру материала GdRu2Si2. Хорошее согласие экспериментальных и теоретических результатов позволило детально охарактеризовать свойства и орбитальный состав поверхности Ферми GdRu2Si2. Удалось выяснить, что лежащая в основе образования решетки скирмионов спиральная магнитная структура материала обусловлена особенной геометрией поверхности Ферми.
В частности, главную роль играют участки поверхности Ферми, отмеченные красной стрелкой на изображении выше. Именно они отвечают за необычное магнитное взаимодействие, приводящее к образованию магнитных вихрей. Хотя в GdRu2Si2 фаза скирмионов возникает при довольно низкой температуре, глубокое понимание лежащей в основе физики скирмионов в центросимметричных системах может помочь предсказать новые материалы, в которых скирмионы наноразмера могут появиться при существенно более высокой температуре, а возможно, даже при комнатной.
Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, добавляет: «Недавно в этом материале была обнаружена квадратная решетка скирмионов. Решетка имеет период 1,9 нм и наименьший размер скирмионов, наблюдаемый на сегодняшний день. Таким образом, материал является привлекательным для разработки устройств магнитной памяти нового поколения с высокой плотностью записи и низким энергопотреблением. В дальнейшем мы планируем применить сканирующую туннельную микроскопию со спиновым разрешением, развитую у нас в центре, для визуализации магнитной текстуры поверхности в прямом пространстве».
Работу провела международная команда ученых из Института физики прочности и материаловедения СО РАН (Томск), СПбГУ, МФТИ, МИСиС, ВНИИА имени Н. Л. Духова, из Германии: Технического университета Дрездена, Франкфуртского университета имени Гете — и Испании: Университета Страны Басков, Центра физики материалов города Сан-Себастьян, Международного физического центра Доностии, Фонда Икербаск, а также Университета имени Иоганна Кеплера (Австрия) и Технического университета Чалмерс (Швеция).
Telegram 
Дзен 
VK Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Ученые обнаружили, что дубы выработали эффективную стратегию, позволяющую им защищаться от пожирающих молодую листву гусениц — если предыдущий весной деревья сильно пострадали от их нашествия, то на следующий год почки распустятся на три дня позже. Трехдневной задержки достаточно, чтобы резко снизить выживаемость гусениц.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно