自旋電子學迎來新突破研究團隊釋放徑向漩渦的能量
HZB 的一個團隊在BESSY II 研究了一種新的簡單方法，這種方法可用於在磁性薄膜中產生穩定的徑向磁渦流。在某些材料中，自旋會在奈米和微米尺度內形成複雜的磁性結構，其中磁化方向會沿著特定方向扭曲和捲曲。這類結構的例子包括磁氣泡、天幕和磁旋渦。與當今主流的微電子元件相比，自旋電子學旨在利用這種微小的磁性結構來儲存資料或執行邏輯運算，而且功耗極低。
然而，大多數磁紋理的產生和穩定性僅限於少數幾種材料，而且只能在非常特殊的條件下（溫度、磁場…）實現。
由HZB 物理學家Sergio Valencia 博士領導的國際合作小組現已研究出一種新方法，可用於在各種化合物中創建和穩定複雜的自旋紋理，如徑向漩渦。在徑向旋渦中，磁化指向或遠離結構中心。這種類型的磁性構造通常非常不穩定。在這種新方法中，徑向漩渦是在超導結構的幫助下產生的，而其穩定性則是透過表面缺陷的存在來實現的。
Sergio Valencia 領導的研究小組在BESSY II 使用XMCD 光發射電子顯微鏡對樣品進行了分析。影像顯示了一個圓形和一個方形樣品中徑向排列的自旋紋理，這兩個樣品由超導YBCO 島上的鐵磁性材料組成。白色箭頭表示入射的X 光束。圖片來源：© HZB
超導YBCO-Islands
樣品由微米大小的高溫超導體YBCO 製成的島嶼組成，在這些島嶼上沉積了鐵磁性化合物。當樣品冷卻到92 開爾文（-181 °C）以下時，YBCO 進入超導狀態。在這種狀態下，施加外部磁場，然後立即移除。這個過程允許磁通量子的穿透和釘住，進而產生磁雜散場。正是這種雜散磁場在上覆鐵磁層中產生了新的磁性微結構：自旋從結構中心向徑向發射，就像徑向漩渦一樣。
隨著溫度的升高，YBCO 會從超導狀態轉變為正常狀態。因此，YBCO 島嶼產生的雜散磁場會消失，磁性徑向渦旋也應該消失。然而，HZB 研究人員及其合作者觀察到，表面缺陷的存在阻止了這種情況的發生：徑向漩渦部分保留了印記狀態，即使在接近室溫時也是如此。
「我們利用超導結構產生的磁場，在其上放置的鐵磁體上形成特定的磁疇，並利用表面缺陷使其穩定。」瓦倫西亞解釋說：”這種磁性結構類似於天電離層，對自旋電子應用很有意義。
幾何結構至關重要
較小的印跡漩渦直徑約為2 微米，約為典型斯格明子的十倍。研究團隊對具有圓形和方形幾何結構的樣品進行了研究，發現圓形幾何結構提高了壓印磁徑向渦旋的穩定性。
“這是一種創建和穩定這種結構的新方法，它可以應用於各種鐵磁材料。這些都為超導自旋電子學的進一步發展提供了良好的新前景。”
編譯來源：ScitechDaily