Si dejamos de lado la belleza matemática y topológica de skyrmions, y su invento por un físico de partículas en los años 60, hoy en día la emoción sobre skyrmions se debe principalmente a sus aplicaciones potenciales en dispositivos de memoria.
Hoy tenemos dos formas de almacenar información: en el disco duro mecánico y en la memoria flash. La unidad de disco duro presenta una forma barata de almacenar una gran cantidad de datos con un bajo consumo de energía; pero dependen de una parte mecánica frágil (para leer / escribir en el disco), y el acceso a los datos es lento. En el otro extremo, la memoria volátil es rápida, pero consume mucho, es costosa y desaparece cuando se apaga la fuente de alimentación.
Para mejorar el dispositivo de memoria, lo ideal sería quitar la parte mecánica del disco duro, a la vez que mantiene su gran capacidad y aumenta la velocidad de la memoria flash. Si es posible a bajo costo.
Para hacerlo, los científicos inventaron un dispositivo llamado memoria de pista de carreras (ver figura). En una pista de carreras típica, los bits (0 o 1) son dominios magnéticos (dominios azul y rojo en la figura) separados por paredes de dominio. Un dispositivo de lectura / escritura se coloca en algún lugar para medir la magnetización en un dominio determinado (y, por lo tanto, obtener el valor del bit). Las paredes del dominio se pueden mover cuando se inyecta una corriente de espín (a través de los fenómenos del par de giro): así, en este dispositivo, el cabezal de lectura no se mueve para escribir / leer el bit, ¡es el bit (es decir, el dominio de magnetización) el que se mueve! No hay necesidad de una pieza mecánica.
La figura y la información adicional se pueden encontrar aquí: Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory
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Luego, los científicos experimentaron diferentes geometrías y materiales, para verificar cuál es el más adecuado (es decir, desea que la pared del dominio se mueva lo más rápido posible, para permitir más acciones de lectura / escritura por segundo), con la menor corriente posible (para reducir la energía). Consumo) sin perder su forma, y con menos errores como sea posible.
Para mover la pared de dominios, las densidades actuales están alrededor de [math] 10 ^ 11 [/ math] o [math] 10 ^ 12 Am ^ {- 2} [/ math]; para una velocidad alrededor de [math] 10-100m-s ^ -1 [/ math]. (Véase el artículo A.Fert en referencia para los números)
Para mejorar aún más esta idea, puede mantener un dispositivo de pista de carreras, donde uno reemplaza los dominios magnéticos y la pared de dominios por skyrmions. En tal dispositivo, un skyrmion representa un bit 1, y ningún skyrmion es el bit 0.
Necesita un dispositivo de lectura (verifique si hay un skyrmion o no) y un dispositivo de escritura / borrado (crear o destruir un skyrmion, que se realiza mediante la inyección de una corriente de espín). Tal dispositivo es bastante fácil de hacer. Y como antes, necesitas poder mover los skyrmions. Una corriente
Para dar una orden, se necesita una corriente en torno a [math] 10 ^ 6 Am ^ {- 2} [/ math] para mover skyrmions (que es 5 orden menos que las paredes del dominio), pero con una corriente tan baja la velocidad de skyrmions es realmente bajo ([math] 10 ^ -4 ms ^ {- 1} [/ math]). Para lograr velocidades comparables con las paredes de dominio, necesita aproximadamente la misma corriente ([math] 10 ^ 11 Am ^ {- 2} [/ math]).
En lo que se refiere a velocidad y densidad de corriente, skyrmions no muestra ninguna mejora. No obstante, en un dispositivo de pista de carreras skyrmion, el espacio entre dos bits idealmente será aproximadamente el diámetro de un skyrmion (pocos nanómetros) (en realidad, se necesita espacio entre dos skyrmions, para evitar la colisión / aniquilación de 2 skyrmions). En el caso de las paredes de dominio, los dominios magnéticos necesitan más de ~ 50nm; De lo contrario, no tiene dominios magnéticos limpios separados por paredes de dominio). Pones mucho más skyrmions por unidad de longitud que las paredes de dominio. Así que más bit, así que mayor capacidad de almacenamiento
La mayor parte de la investigación sobre skyrmions tuvo como objetivo estudiar y mejorar el movimiento en skyrmions, así como encontrar nuevos materiales donde los skyrmions son estables y, si es posible, estables a temperatura ambiente (obligatorio si desea usarlos en una computadora). Podemos esperar que los skyrmions sean estables, ya sea en materiales con alto acoplamiento de órbita de espín y falta de simetría de inversión, o en una interfaz entre un ferromagnet y un fuerte material de acoplamiento de órbita de giro.
Y como la pista de carreras depende de la corriente de espín, es necesario encontrar una forma de inyectar la corriente de espín de manera eficiente, por lo que también se realiza mucha investigación en esta dirección.
Uno de los grandes problemas es el costo de un dispositivo de pista de carreras. Es probable que en unos 5 años una pista de carreras (que use paredes de dominios o skyrmions) pueda superar una memoria flash clásica con respecto a la velocidad de escritura / lectura y el disco duro con respecto a la confiabilidad y la capacidad; Sin embargo, tal dispositivo será costoso (principalmente porque el disco duro es una forma realmente barata de almacenar información y tiene un consumo de energía ridículamente bajo). Abordar el tema del precio será un dolor de cabeza para las empresas que deseen implementarlo en una computadora personal.
Otras referencias:
Punto de vista: una vista interior de los skyrmions magnéticos que escriben y eliminan skyrmions magnéticos individuales
Skyrmions en la pista, por Fert y otros.