Skyrmionen mögen es heiß

Forscher der Johannes Gutenberg-Universität Mainz JGU und des Massa­chusetts Institute of Technology MIT arbeiten an Strukturen, die als magnetische Schiebe­register dienen könnten, den Racetrack-Speicher­geräten. Diese Art der Speicherung verspricht niedrige Zugriffszeiten, hohe Informations­dichten und einen geringen Energieverbrauch. Die neuen Erkennt­nisse geben einen Einblick, wie sich die Temperatur auf die Dynamik von Skyrmionen auswirkt. Die Studie zeigt, dass sich Skyrmionen bei höheren Temperaturen effizienter bewegen und darüber hinaus, dass die Bahn ihrer Bewegung nur von ihrer Geschwin­digkeit abhängt. Dies erleichtert das Gerätedesign erheblich.

Zuvor hatte das Team im Rahmen der Kooperation bereits die milliarden­fach repro­duzierbare Bewegung von Skyrmionen beobachtet. Skyrmionen sind eine topologisch stabi­lisierte Spinstruktur und damit ein vielver­sprechender Kandidat für die Verwendung als Datenbits im Racetrack-Speicher. Die neuen Experimente wurden in dünnen Filmen aus magnetischem Material durchgeführt, die Skyrmionen bei und oberhalb der Raum­temperatur stabilisieren – eine Eigenschaft, die für jede Anwendung erforderlich ist. Es zeigte sich auch, dass es derzeit noch immer Grenzen für die Geschwin­digkeit eines Skyrmions gibt, die durch Deformationen verursacht werden und möglicher­weise in antiferro­magnetischen Materialien überwunden werden müssen.

„Dies ist ein großartiger Moment, da wir lange an der Fertig­stellung dieser Studie gearbeitet haben und sie nun endlich abgeschlossen ist. Wir wissen jetzt, dass sich Skyrmionen milliarden­fach repro­duzierbar bewegen und zur gleichen Zeit bei hohen Temperaturen, typisch für das Innenleben eines Computers, kontrolliert werden können“, sagt Kai Litzius. „Damit können wir uns nun darauf konzentrieren, den Racetrack aus seinem experi­mentellen Zustand zu holen. Die Chancen stehen gut, dass Racetrack-Geräte der vorhandenen Speicher­technologie deutlich überlegen sind.“ Litzius hat die Arbeit an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, verbunden mit einem Forschungs­aufenthalt am MIT, geleitet. 

„Ich freue mich sehr, den nächsten Schritt zur Verwendung von Skyrmionen als magnetische Bits in neuartigen Geräten zu sehen. Die inter­nationale Zusammenarbeit mit führenden Partner­universitäten ist für eine solche Arbeit von entscheidender Bedeutung, und diese Art von Koopera­tionen und der Austausch von Studierenden sind ein Eckpfeiler unserer Graduierten­ausbildungs­programme“, sagt Mathias Kläui.

JGU Mainz / JOL

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  K. Litzius et al.: The role of temperature and drive current in skyrmion dynamics, Nat. Electron. 3, 30 (2020); DOI: 10.1038/s41928-019-0359-2
• Physik der Kondensierten Materie (M. Kläui), Johannes Gutenberg-Universität Mainz