Skyrmion và bimeron là kết cấu spin tôpô cơ bản trong màng mỏng từ tính có tương tác trao đổi không đối xứng và chúng có thể được sử dụng làm chất mang thông tin cho bộ nhớ tiêu thụ năng lượng thấp thế hệ tiếp theo, điện toán mô phỏng thần kinh tiên tiến và điện toán lượng tử tiên tiến vì chúng có nhiều bậc tự do có thể mang thông tin.
Việc chuyển đổi giữa các skyrmion và bimeron bị cô lập sẽ là một hoạt động thiết yếu cho kiến trúc điện toán trong tương lai dựa trên nhiều bit cấu trúc liên kết khác nhau. Do đó, điều quan trọng đối với cộng đồng là tìm ra những cách hiệu quả để thực hiện việc tạo, biến đổi và thao tác skyrmion và bimeron trong vật liệu từ tính.
>> Tham khảo: Thiết bị truyền động tĩnh điện công suất cao để nhận ra cơ bắp nhân tạo.
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Nano Letters, nhóm do Xiaoxi Liu, Giáo sư Khoa Kỹ thuật Điện và Máy tính tại Đại học Shinshu, Nhật Bản và các cộng tác viên quốc tế của họ dẫn đầu, đã chứng minh bằng các thí nghiệm và mô phỏng rằng việc tạo ra các skyrmion bị cô lập và sự biến đổi sau đó của chúng thành bimeron có thể có trong một đĩa từ được bao quanh bởi một vi cuộn dây mang dòng điện và hình omega, trong đó trường Oersted do dòng điện gây ra và biến thiên dị hướng từ tính vuông góc do nhiệt độ gây ra đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi giữa skyrmion và bimeron.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng dòng điện được bơm vào cuộn dây vi mô có thể tạo ra trường Oersted để chuyển từ hóa của đĩa từ theo các hướng ngoài mặt phẳng. Trong khi đó, dòng điện được đưa vào vi cuộn dây có thể làm nóng đĩa từ và dẫn đến nhiệt độ thiết bị tăng lên.
>> Tham khảo: Đặt hệ thống phanh trên pin lithium-ion để ngăn ngừa hỏa hoạn.
Kết quả là, sự giảm bất đẳng hướng từ tính do nhiệt độ gây ra được thực hiện trong đĩa từ, dẫn đến sự định hướng lại từ hóa từ hướng ngoài mặt phẳng sang hướng trong mặt phẳng và do đó, thúc đẩy sự biến đổi từ skyrmion sang bimeron. Các nhà nghiên cứu cũng tìm thấy bong bóng skyrmion bị biến dạng và miền mê cung bất đối xứng trong quá trình chuyển đổi giữa skyrmion và bimeron.
Kết quả của các nhà nghiên cứu chứng minh khả năng hai loại kết cấu spin tôpô khác nhau có thể được lưu trữ bởi cùng một màng từ tính với các tương tác trao đổi không đối xứng, có thể cung cấp các hướng dẫn để xây dựng các ứng dụng điện tử spin mới dựa trên các loại kết cấu spin tôpô khác nhau.
Liu giải thích: “Thí nghiệm của chúng tôi lần đầu tiên làm rõ sự biến đổi giữa các kết cấu spin tôpô khác nhau. Ông cũng đề cập, “Skyrmions và bimerons là hai chất mang thông tin quan trọng nhất cho bộ nhớ thế hệ tiếp theo và kiến trúc máy tính tiên tiến. Nghiên cứu của chúng tôi có lợi ích vật lý cơ bản. Nó cũng quan trọng đối với cộng đồng máy tính và lưu trữ dữ liệu trong tương lai.”
>> Tham khảo: Tai nạn tàu container là mối đe dọa đang nổi lên đối với hệ sinh thái biển.
Các nhà nghiên cứu sẽ cố gắng nghiên cứu các ứng dụng thiết bị từ tính và điện tử học spin dựa trên sự biến đổi của các loại kết cấu spin tôpô khác nhau. Một ví dụ là các thiết bị spintronic kiểm soát điện áp dựa trên skyrmion và bimeron.
“Mục tiêu cuối cùng của chúng tôi là ứng dụng kết cấu spin cấu trúc liên kết để tiêu thụ năng lượng thấp, bộ nhớ mật độ cao và tính toán mô phỏng thần kinh tiên tiến.” Lưu nói.
Nghiên cứu này chủ yếu được hỗ trợ bởi JSPS KAKENHI (Grant Nos. JP20F20363, JP21H01364, JP21K18872, và JP22F22061).
