Scansione non convenzionale degli skirmioni
I ricercatori che contribuiscono al progetto ATOMS (Advanced tools to observe magnetic and dynamical properties of skyrmions and vortices down to the atomic scale) hanno sviluppato una nuova tecnica che permette la misurazione delle dinamiche di magnetizzazione, fino alla scala atomica. Utilizzando la scansione SP-STM in combinazione con la risonanza magnetica, gli scienziati hanno potuto sondare la dinamica di magnetizzazione ad alta frequenza, il che non è possibile con i metodi STM convenzionali, a causa di limitazioni di banda. La tecnica ha coinvolto una tensione continua in radiofrequenza (RF) miscelata alla tensione di polarizzazione della scansione STM, tramite una linea di trasmissione dedicata. In caso di precessione di magnetizzazione sotto la sonda SP-STM, la conduttanza di tunnelling è stata modulata alla frequenza di precessione. In seguito, la corrente di tunnelling, corrispondente a un segnale di risonanza ferromagnetica, è stata rettificata e misurata dagli strumenti convenzionali. Per mantenere stabile l’ampiezza del segnale, nonostante gli effetti dipendenti dalla frequenza del cavo, gli scienziati hanno dovuto conoscere la configurazione nel dettaglio, per effettuare una pre-regolazione. Di conseguenza, la larghezza di banda della scansione STM è stata aumentata fino a 3 GHz. Questo metodo è stato usato in primo luogo per analizzare la girazione del vortice magnetico, un sistema con proprietà ben note e nella gamma di frequenza accessibile. Gli studi di simulazione hanno dimostrato che la corrente RF necessaria era accessibile soltanto in condizioni di tunnelling estreme, il che conduce a esperimenti instabili. Di conseguenza, gli scienziati del progetto ATOMS hanno deciso di analizzare la modalità di rotazione degli skirmioni magnetici. Rispetto ai vortici magnetici, la corrente RF necessaria per eccitare gli stati degli skirmioni è molto bassa, con conseguente facilità di gestione degli esperimenti. Sono state selezionate due strutture di spin, ossia ferro monostrato su iridio (111) (Fe (1 ML)/Ir(111)) e cobalto monostrato su rutenio (001) (Co (1ML)/Ru(0001)). L’analisi di Fe (1 ML)/Ir(111) ha rivelato un segnale di risonanza di 615 MHz. In aggiunta, lo studio di Co (1 ML)/Ru(0001) con campo magnetico pari a zero ha dimostrato una spirale di spin chirale come stato fondamentale. Ciò costituisce la prima osservazione sperimentale di una struttura di spin chirale non collineare, stabilizzata a un’interfaccia tra un metallo 4D e un elemento ferromagnetico 3D. In entrambi i casi, il lavoro teorico è ancora in corso successivamente al termine del progetto. Gli skirmioni giocano un ruolo chiave per applicazioni future quali dispositivi con radiofrequenza e memorie magnetiche, mentre sono già state proposte delle applicazioni relative a nano-oscillatori con trasferimento di spin basato sugli skirmioni. Alla luce di tali sviluppi tecnologici, si prevede che i risultati finali del progetto contribuiscano significativamente al settore.
Parole chiave
Skirmioni, microscopia a scansione tunnel con polarizzazione di spin, girazione vortice magnetico, ATOMS
