Veri Depolamada Skyrmionlar

Cornell Üniversitesi ve California Berkeley Üniversitesi liderliğindeki araştırmacılar ABD ordusu tarafından kısmen olarak finanse edilen bir araştırmanın sonucunda pek çok malzeme sistemi ve fizik fenomenini açıklayabilecek bir keşif yaptı. Araştırma Nature dergisinde yayınlandı.

Kimyada kullandığımız kiralite kavramını anlamak için verilen en klasik örnek bir ayna örneğidir. Elimizin veya ayağımızın ayna görüntüleri üst üste getirildiğinde çakışmaz, iki el birbirinin ayna görüntüsüdür ve bu duruma kiralite denir. Çakıştığı duruma ise akirallik adı verilir. Molekülleri kiral olan bileşiklerden enantiyomer olarak bahsederiz.

Fizikte, manyetik skyrimionlar, teorik olarak tahmin edilen ve yoğun madde sistemlerinde deneysel olarak gözlemlenen quasipartiküllerdir. İsimlerini Tony Skyrme tarafından öne sürülen bir nükleon teorisinden alırlar. Polar skyrmions, dipol olarak bilinen zıt elektrik yüklerinden oluşan dokulardır. Skyrmionlar, manyetik alanlardaki mıknatıs yüzeyindeki nanometre büyüklüğünde girdap benzeri yapılardır. Bunlar, manyetik veri depolama tekniklerinin mevcut kapasitesine kıyasla çok daha fazla miktarda veri depolamak için daha büyük bir potansiyele sahiptir.

Araştırmacılar ilk defa kiralite olarak bilinen olguyu polar
skyrmionlarda epey hassas tasarlanmış ve sentezlenmiş, tersine çevrilebilen
elektriksel özelliklere sahip yapay malzemede gözlemlediler.

Araştırmacılar skyrmionların sadece yüklü elektronların manyetik
spinsleri arasındaki özel etkileşimlerin skyrmionların bükümlü kiral
düzenlerini dengelediği manyetik malzemelerde görüneceğini varsaymıştı. Ekip bu
durumu elektrikli bir malzemede keşfettiğinde hayretler içinde kaldı.

Bilim insanları yapay olarak tasarlalanan kurşun titanat /
stronsiyum titanat süperlatisinin elektron mikroskobu transmisyon ölçümlerini
aldıklarında ısı ile ilgisi olmayan garip bir şey gördüler: malzemenin her noktasında
görülebilen kabarcık benzeri oluşumlar baş gösteriyor. Bu kabarcıkların polar skyrmionlar
olduğu anlaşıldı.

Kurşun titanat iyi bilinen bir ferroelektrik malzeme iken kardeş
bileşiği olan stronsiyum titanat ise oda sıcaklığında ferroelektrik değildir. Ferroelektrik,
malzemenin harici bir elektrik alanın uygulanmasıyla tersine çevrilebilen
elektriksel polarizasyona sahip olmasıdır. Araştırmacılar kutupsal olmayan
stronsiyum titanat katmanının kutuplu kurşun titanat katmanına yerleştirilen
kuvvetlerin kurşun titanattaki kutupsal skyrmion kabarcıklarını ürettiğini
keşfetti. Kurşun titanat stronsiyum titanatla çevrelenince kurşun titanat kutup
yaratır ve uniform bir şekilde polarize olmak yerine skyrmion gibi polar bir
tekstur yaratır.

Polar(kutuplu) skyrmionlar ve bu elektriksel özelliklerin kombinasyonu, özellikle kiralitenin değiştirilebilir olmasıyla Ordu için önemli olan yeni cihazların geliştirilmesine izin veriyor. Eğer bu polar/elektrik skyrmionlar isteğimize göre manipüle edilebilirse hareket ettirilebilir, yazabilir ve veri depolama için silebilirsek bu inanılmaz yeni teknolojiler için bir fırsat olabilir. “Bu çığır açan keşif, gelecekte Ordu ve sanayi için mantık / bellek, algılama, iletişim ve diğer uygulamaları geliştirmek için kullanılabilecek cihaz yapıları geliştirmek için kullanılabilir” diye bahsediyor bu keşiften Pani Varanasi (ABD ordusu araştırma ofisi malzeme bilimi şefi)