誰かが世界最大のケーキ、最大のピザ、最大のハンバーガーを作ったことを何度も聞いたことがあるでしょう。 これらのレコードは面白いもので、時には非常に面白いものであり、上記のオプションの場合もおいしいです。 しかし、それらは有用ではありません。 科学の世界でも何かの大きさで記録を立てることが好きですが、最近では正反対に反対されています。 世界中の研究者は、人類とテクノロジーの利益のために最小のオブジェクトを使用しようとしています。 今日は、情報を保存および送信するために、フェリ磁石内でドメインウォールとスキルミオンを使用する可能性についてお話します。 これらの「キャリア」が小さいと言うことは、非常に誇張することです。 それがどのように、どのように機能するのか、この研究の見通しは何ですか、そしてなぜ正確にフェリ磁性体なのですか？ 研究グループの報告書で答えを探します。 行こう
研究の理論的根拠
まず、磁性とその側面に何らかの形で基づいているほとんどの研究が、フェリ磁性体ではなく強磁性体を主に使用していることは注目に値します。 単語の1文字は、実際には名前だけでなく、本質全体をも変えます。
強磁性体は、私たちが最も頻繁に観察するものです。 前回の休暇で冷蔵庫に磁石が掛かっている場合は、強磁性のために磁石があることを知っておく必要があります。 強磁性体は、外部磁場を使用せずに、キュリー点以下の温度で磁化される物質です。 室温について言えば、4つの物質は強磁性特性を持っています：ニッケル（Ni）、鉄（Fe）、コバルト（Co）およびルテニウム（Ru） 。
スマートフォンに対するネオジム磁石（希土類ネオジム+鉄+ホウ素）。 恐怖症の人は見ないでください。
文字「o」を「and」に変更するとすぐに、まったく新しいタイプの物質が取得されます。 フェリ磁性体は兄弟の強磁性体にいくらか似ており、少なくとも両方の磁気特性が両方に適用され、両方ともキュリー点以下の温度で「機能」します。 最も重要な違いは、フェリ磁性体では、副格子の原子の磁気モーメントが反平行であるという事実です。 なぜそう 実際、フェリ磁性体は、強磁性体のように1つではなく、いくつかの化学元素のカクテルです。 このため、それらはいくつかの副格子で構成され、その構造は原子の数またはその起源（異なる化学元素）のいずれかで異なります。 フェリ磁性機能の所有者の主なものは、酸化鉄（Fe 2 O 3 ）に基づくフェライトです。
強磁性体（ a ）とフェリ磁性体（ b ）の磁気モーメントの方向の比較。
それでは、さらに詳しく見て、これらのドメインウォールが何であるかを理解してみましょう。
したがって、磁壁は文字通り、2つの磁区間の壁であり、一種の特徴または境界点です。 最後の例えを続けると、北朝鮮や韓国のようなこれらの磁区は、つまり、互いに反対です。 より正確には、磁化の方向が異なります。
磁区：黒と白の領域は、磁気モーメントのベクトルの方向が異なります。
磁区は深くない場合、磁性結晶の一部であり、磁化ベクトルが隣接領域のベクトルに対して厳密に秩序化されている微視的な領域です。
再度繰り返さないために、 前の記事のいずれかで磁気スキルミオンが何であるかの説明を見つけることができます。 これは原子物理学者のトニー・スカイムにちなんで名付けられた原子スピンの漏斗のようなものだと簡単に言います。
画像a-スキルミオン「ハリネズミ」、b-らせんスキルミオン。
私たちは理論を少し理解しました。今、私たちのヒーローがこれらすべてから盲目にしたものを見てみましょう。
研究の本質
上記では、強磁性体とフェリ磁性体、および理由の違いを調べました。 研究者は、強磁性体が驚くほど有用な特性と特性を持っているにもかかわらず、速度とサイズに制限があり、より正確には、データの転送にゆっくり使用でき、各ビットはフェリ磁性体を使用する場合より「大きく」なると考えています。 とても有望に思えますが、証明が必要です。 この研究で科学者がしたこと。
実験の材料基盤は、Pt / Gd 44 Co 56 / TaOx化合物、より正確には、それからの薄膜でした。
イメージNo. 1
まず、研究者は、アモルファスフェリ磁性合金であるGd 44 Co 56 （画像1a ）のスピン構造の静力学と力学を研究することにしました。 この合金の反強磁性結合副格子は同様のgファクターを持っているため、TA（角運動量補償温度）はTM（磁化補償温度）に非常に近くなります。
すでに知っているように、実験の主役はPt / Gd 44 Co 56 / TaOxでした。 各成分の膜厚は以下の通りであった：Ta-1 nm。 Pt-6 nm; Gd 44 Co 56-6 nm; TaOx-3 nm。 すべての膜は垂直に磁化され、スパッタリングによりSi / SiO 2基板上に堆積された。
下層（Pt）はスピン軌道渦（以下SOWと呼ぶ ）の主な発生源であり、絶えず強いDzyaloshinsky-Morii相互作用（以下VDM と呼びます ）を生成しました。これは反強磁性誘電体の強磁性の弱い発現の原因です。 上層（TaOx）は保護的です。
グラフ1bでは 、温度依存性の関数として、フェリ磁性体（または強磁性体）の完全な消磁に必要な保磁力（正方形）と磁気飽和（円）の2つの指標が示されています。 最初の指標は振動磁気測定法によって得られ、2番目の指標は磁気光学カー効果の偏光測定法によって得られました。
得られたデータ（ 1cおよび1d ）により、磁気光学カー効果のヒステリシスが観察されるため、TMは約240 K（ケルビン）であることがわかりました。
広視野カー顕微鏡により、磁壁の運動の研究が行われました。 図1は、ナノ秒の電流パルスがドメイン壁に印加され、特定のルートに沿って強制的に移動されたときのいくつかの画像を示しています。
上下の壁（磁化ベクトルの方向）はそれぞれ、電流軌道に沿って移動し、スピン軌道渦によって制御されるNeel磁壁も存在していました。
ニール壁（ a ）とブロッホ壁（ b ）の比較。
Neyel wall * -このタイプの壁の磁化は、その平面ではなく、垂直に回転します。グラフ1fは、磁壁の速度（vDW）と温度（T）の比です。 重要なピークは260 Kで正確に観察され、以前に確立されたTMよりも高くなっています。
SOWとVDMのフィールド間の不一致は、磁壁の速度が増加する主な理由ではないことに注意してください。
画像番号2a
図2aは、クリープ図による磁壁の速度に対する電界と電流の影響の分析を示しています。 そして、どちらの場合も結果は同じであることがわかります。
フェリ磁性体のスキルミオン
フェリ磁性体は弱い反磁界のために、強磁性体よりもはるかに小さなスキルミオンを持つことができることに注意する価値があります。 さらに、これらのスキルミオンは室温で存在します。 以前は、このようなスキルミオンのサイズは、極低温で30 nm-2μmの範囲でした。 スキルミオンの大きなサイズは、通常は重金属と強磁性体で構成される多層構造の強い双極子相互作用によって説明されます。
スキルミオンの比較。
画像aは、上記の場合（強磁性多層構造）を示しています。この場合、スキルミオン（E）のエネルギーはその半径®に直接依存しています。 フェリ磁性体の場合、層をはるかに薄くすることができ、減磁界の強度を上げる必要はありません（画像b ）。 また、研究者は、ゼロフィールド* NMRを使用してスキルミオンのサイズとVDMの状態の比率を計算しました （グラフc ）。
ゼロ磁場NMR * - ゼロ磁場核磁気共鳴。これは、磁気的に秩序化された物質をより正確に分析し、結晶または磁気構造の変化を判断するために使用されます。分析の結果、実際の温度が以前に設定された磁化補償温度（TM）から非常に離れている場合、減磁場がVDMスキルミオンを不安定化することが示されました。 この場合、VDMスキルミオンは150 kA / m -1のオーダーの磁気飽和（Ms）で長時間安定した状態を保つことができます。 そして、これは多層強磁性体よりもはるかに高い（約100 K高いTM）温度に対応しています。
捕獲されたスキルミオン。
これらの結論は計算とシミュレーションの結果ですが、Pt / Gd 44 Co 56 / TaOxサンプルの室温でのX線ホログラフィーによって完全に確認されました。
Pt / Gd 44 Co 56 / TaOxのX線ホログラフィー画像。
画像からわかるように、サンプルのさまざまな部分で非常に多くのスキルミオンが見つかりました。 科学者はまた、飽和と再核形成の前のスキルミオンの位置間に相関の兆候が見られなかったことにも注目しています。 たとえば、画像5dでは、色付きの正方形がスキルミオンが存在しない場所を示していますが、それらは以前に存在していました（画像5aおよび5b ）。 この場合、磁場の強度が450 mT（ミリテスラ）に達すると、すべてのスキルミオンが消滅します。
スキルミオンのサイズは平均23 nm（ 5g ）でした。 最小のスキルミオンは直径約10 nmでした。 このサイズは、室温で強磁性体のスキルミオンで観察されるサイズよりもはるかに小さいため、これは重要です。 科学者は、スキルミオンのサイズの不均一性を、サンプルの構造の異方性、つまり単一の構造内の特性の違いによって説明しています。
また、画像内のスキルミオンのサイズは、暗い領域の最大の輪郭によって決定されるという事実を考慮する価値があります。 実際、スキルミオンはさらに小さくなっています。
この研究をより詳細に理解したい方は、科学者のレポートとそれに追加された資料をご覧になることをお勧めします。
エピローグ
研究者たちは、強磁性体は、その利点にもかかわらず、長い間独占者であり続けることができないことを示すことができました。 フェリ磁性体も優れた結果を示すことができます。 この場合、1 km / sの速度で磁壁の変位を達成することが可能であり、スキルミオンの最小サイズは直径10 nm以下でした。 そして最も重要なこと-これはすべて室温で。 後者は実用に特に魅力的です。 研究段階での多くの開発は、特定の条件（温度、圧力、湿度、さまざまな電磁場、放射など）でのみ良好な結果を示します。これは、実験室でしか再現できません。
科学者は、フェリ磁性体が将来のスピントロニクスデバイスの基礎になると信じています。 同時に、特定のデバイスまたはプロセスのニーズに合わせて、プロパティを制御、変更、調整できます。 さらに、これにより、磁気的状態が光学的または電気的方法により容易に検出される反強磁性スピンシステムを実現することが可能になる。
多くのことを学ぶ必要があります。 また、多くの困難があります。 しかし、すべてのテクノロジーとその作者は、完璧を達成する前に、困難な道を歩みました。 私は1つの例を思い出しました、私は彼がどれほど真実かわかりませんが、それでも。 最初の車の時代には、事故が発生し、その犯人は現場から脱出することを決めました。 警察は彼を自転車で捕まえた。 今何があるの？ 少なくとも350 km / hに加速できる自動車。 チェイス用の自転車はすでにありますが、適切ではありません。
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