Els skyrmions magnètics són nanoestructures quirals amb forma de remolí, considerats com a unitats (o bits) als nous sistemes d'emmagatzematge de dades. Tot i que es va predir la seva existència als anys 80, no va ser fins el 2006 que es van poder observar. Però les condicions necessàries eren molt especials: a temperatures molt baixes, aplicant camps magnètics, en capes molt gruixudes, o preparats mitjançant epitàxia de feixos moleculars. Aquestes restriccions feien impossible la seva aplicació a nivell industrial.
Ara un grup d'investigadors liderats per Olivier Boulle d'SPINTEC (Grenoble, França) ha informat de la primera observació d'skyrmions magnètics aïllats en condicions compatibles amb la indústria. Funcionen a temperatura ambient, sense camp magnètic, en capes de platí, cobalt i magnesi preparades amb sputtering (polvorització catòdica). L'sputtering és un mètode ràpid i fàcilment escalable, estàndard a la indústria dels semiconductors i la microelectrònica.
Els skyrmions són clau per al desenvolupament de nous sistemes d'emmagatzematge i processament de la informació. Donat que són molt petits (de la mida de nanòmetres), són òptims per crear memòries de dades de gran densitat de la informació. La separació entre els bits pot ser molt més petita que amb altres estructures, eliminant les possibles interferències que es produeixen entre els camps magnètics quan aquests estan molt a prop.
Les mostres es van analitzar a la línia de llum CIRCE del Sincrotró ALBA utilitzant el microscopi de fotoelectrons amb contrast magnètic – únic a Espanya - i també al sincrotró italià Elettra. Utilitzant aquestes tècniques, els investigadors van poder definir l'estructura magnètica de l'skyrmion. A més a més, al Sincrotró ALBA van poder estudiar el seu comportament sota petits camps magnètics, demostrant la seva estabilitat davant pertorbacions, el que permetrà mantenir la informació gravada durant més temps.
"Aquests resultats són un pas crucial per a la integració dels skyrmions als sistemes d'emmagatzematge i processament de dades en el futur", segons Olivier Boulle.
El proper pas d'aquesta recerca és observar el moviment dels skyrmions induït per petites corrents elèctriques, el que permetria la seva manipulació a escala nanomètrica dins les memòries de dades. Els skyrmions es poden moure amb corrents elèctriques molt baixes, de manera que els dispositius consumiran molta menys energia que els actuals.
Fig. 1: Esquema de l'estructura magnètica d'un skyrmion.
Fig. 2: (a) Imatge de microscòpia magnètica d'un skyrmion dins d'una estructura de Pt/Co/MgO. Dins del cercle blanc es veu un contrast circular blanc/negre que es correspon amb la magnetització en el pla d’un skyrmion. Al centre de l'skyrmion, en gris fosc, la magnetització apunta cap a dalt. La fletxa indica el grau d'incidència dels raigs X sobre la mostra. (b) L'skyrmion es contrau sota un camp magnètic de 4mT i es relaxa de nou a l'eliminar-lo (c). (d) L'estructura quiral de l'espí de l'skyrmion es confirma rotant 90º la incidència dels raigs X.
