Niekonwencjonalne skanowanie skyrmionów
W ramach projektu ATOMS (Advanced tools to observe magnetic and dynamical properties of skyrmions and vortices down to the atomic scale) badacze opracowali nową technikę, która umożliwia pomiar dynamiki magnetyzacji z dokładnością aż do skali atomowej. Dzięki połączeniu SP-STM i rezonansu magnetycznego uczonym udało się zbadać dynamikę magnetyzacji o wysokiej częstotliwości, co jest niemożliwe w przypadku konwencjonalnych metod STM ze względu na ograniczenia szerokości pasma. W technice wykorzystano ciągłe napięcie częstotliwości radiowych zmieszane z napięciem polaryzacji STM poprzez specjalną linię przesyłową. Na wypadek precesji magnetyzacji pod końcówką SP-STM modulowano przewodność tunelowania na częstotliwości precesji. Następnie prąd tunelowania, odpowiadający sygnałowi rezonansu ferromagnetycznego, był prostowany i mierzony przy pomocy konwencjonalnych narzędzi. Aby zachować stabilność amplitudy sygnału pomimo zależnych od częstotliwości efektów zachodzących w przewodzie, naukowcy musieli szczegółowo znać instalację i odpowiednio ją przygotować. W rezultacie szerokość pasma STM zwiększono do 3 GHz. Metody tej użyto najpierw do badania ruchu wiru magnetycznego, systemu o dobrze znanych właściwościach i w dostępnym zakresie częstotliwości. Symulacje wykazały, że potrzebny prąd częstotliwości radiowych był dostępny tylko w ekstremalnych warunkach tunelowania, co powodowało niestabilność eksperymentów. W konsekwencji naukowcy postanowili przeanalizować tryb wirowy skyrmionów magnetycznych. W porównaniu z wirami magnetycznymi, prąd częstotliwości radiowych wymagany do wzbudzania stanów skyrmionów jest bardzo niski, dzięki czemu można uzyskać efektywne eksperymenty. Wybrano dwie struktury spinu: monowarstwę żelaza na irydzie (111) (Fe (1 ML)/Ir(111)) oraz monowarstwę kobaltu na rutenie (001) (Co (1ML)/Ru(0001)). Badanie Fe (1 ML)/Ir(111) ujawniło sygnał rezonansowy o częstotliwości 615 MHz. Ponadto badanie Co (1 ML)/Ru(0001) przy zerowym polu magnetycznym ukazało chiralną spiralę jako stan podstawowy. Jest to pierwszy przypadek eksperymentalnego zaobserwowania chiralnej niewspółliniowej struktury wirowej stabilizowanej na granicy między metalem 4d i pierwiastkiem ferromagnetycznym 3d. Oba te przypadki są przedmiotem prac teoretycznych prowadzonych po zakończeniu projektu. Skyrmiony będą odgrywać kluczową rolę w przyszłych rozwiązaniach, takich jak pamięć magnetyczna czy urządzenia radiowe, przy czym już powstają oparte na skyrmionach nanooscylatory z transferem spinu. W świetle tych prac technologicznych, ostateczne rezultaty omawianego projektu powinny wywrzeć bardzo istotny wpływ na tę dziedzinę.
Słowa kluczowe
Skyrmion, tunelowa mikroskopia skaningowa o spolaryzowanym spinie, wirowanie wiru magnetycznego, ATOMS
