EPFL的科学家们利用激光脉冲产生了可控制的稳定Skyrmions，朝着更节能的记忆装置迈进了一步。这项工作发表在《物理评论快报》上。skyrmion是电子自旋的集合，在某些磁性材料中看起来像一个漩涡。Skyrmions可以单独存在，也可以存在于称为格的模式中。以英国物理学家Tony Skyrme的名字命名，他在1962年首次提出了他们的元素粒子的存在，而skyrmions则因其在所谓的“自旋电子”装置中发挥的潜力而备受关注，这种装置将使用自旋而非电子的电荷，因而变得更加小型化和节能。
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大多数的兴趣都集中在内存存储技术上。Skyrmions可以相当稳定，需要很少的能量来写或擦除它们：一些研究表明，创建和消灭Skyrmions比传统的数据存储设备更节能1万倍。然而这需要一种快速和可靠的方式来控制和操纵单个的skyrmions。实验室法痈和亨利克·m·Rnnow EPFL能够编写和消除稳定skyrmions使用激光脉冲。科学家们使用的是一种铁锗合金，它可以在大约0摄氏度的温度下容纳skyrmions，而不是远离室温。这一点很重要，因为许多基础实验都是在温度过低的情况下进行的，这在商业上是有意义的。研究人员利用超短激光脉冲对其自身产生的超冷效应进行了研究。在超级冷却过程中，skyrmions可以在不发生在传统平衡条件下的地方冻死。
利用时间分辨的低温洛仑兹电子显微镜对形成的天龙进行了成像，可以在真实空间和实时中“看到”磁畴结构和磁化反转机制。这项技术是静态低温电子显微镜的进化，雅克·杜波切特在2017年获得了诺贝尔化学奖。我们所做的是将激光脉冲应用到合金上，而它被保存在一个温度和外部磁场中，通常不会出现天龙的出现。在每一道闪光中，都可以看到个别的天龙出现在样品的边缘附近。此外一旦建立了skyrmions，通过调整参数，使其接近于拥有skyrmions和不再拥有它们之间的过渡，激光脉冲可以通过局部加热诱导的退磁来消除它们。研究人员能够在几百纳秒到几微秒的时间内，在合金上书写和抹去skyrmions。然而研究结果也表明，为了更快地控制skyrmions，可以采用超冷速率的方法，将其降低到picoseconds。
操纵skyrmions的能量障碍可能非常小，这意味着，如果这是一种记忆存储装置，我们的实验估计的能量消耗，在这种情况下，光的性质还没有被调整，以优化这个参数，这是在飞焦耳(焦耳的千分之一)的区域，已经可以与最节能的原型相媲美了。尽管这是一项原则性的研究，但研究者们还是无法抗拒对应用程序的思考。我们实际上计算了它所需要的能量，在我们的实验中没有任何优化。发现它已经达到了目前最不耗能的数据存储设备的水平。如果将其应用到设备中，这将意味着你的笔记本电脑的电池将会持续一个月左右，然后才需要充电。
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参考：物理评论快报
内容：经“博科园”判定符合今主流科学
来自：洛桑联邦理工学院
编译：光量子
审校：博科园
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