வெப்ப ஓட்டம் இன்சுலேடிங் காந்தத்தில் ஸ்கைர்மியான்களின் இயக்கம்

ஸ்கைர்மியன்ஸ் எனப்படும் காந்தச் சுழல்களின் இயக்கத்தைக் கட்டுப்படுத்த சிறிய அளவிலான வெப்பத்தைப் பயன்படுத்தலாம் என்பதை ரிக்கன் இயற்பியலாளர்கள் காட்டியுள்ளனர். இந்த திறன் வீணான வெப்பத்தைப் பயன்படுத்தும் ஆற்றல் திறன் கொண்ட கணினி வடிவங்களை உருவாக்க உதவும்.

ஸ்கைர்மியான்கள் என்பது சிறிய சுழல்களாகும். அவை அணுக்களின் குழுவின் காந்தப் பாய்வு சுழலும் வடிவங்களாக ஒழுங்கமைக்கும்போது உருவாகின்றன. ஸ்கைர்மியான்கள் ஒரு பொருளின் உள்ளே சுற்றிச் செல்லலாம். மேலும் சில நிபந்தனைகளின் கீழ் அவை ஒன்றாக சேர்ந்து ஸ்கைர்மியான் அணிக்கோவை எனப்படும் வழக்கமான அமைப்பை உருவாக்குகின்றன.

ஸ்கைர்மியான்கள் அடுத்த தலைமுறை கணினி சில்லுகளில் தகவல் கேரியர்களை உறுதியளிக்கின்றன. அவை மிகக் குறைந்த ஆற்றல் தேவைகளைக் கொண்டுள்ளன. ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஏற்கனவே மின்னோட்டங்கள் மற்றும் காந்தப்புலங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஸ்கைர்மியான்களைக் கட்டுப்படுத்த முடியும். ஆனால் அதற்கு பதிலாக வெப்ப ஓட்டத்தைப் பயன்படுத்தி அவற்றைக் கையாள முயல்கின்றனர். “இது ஒரு அற்புதமான வாய்ப்பாகும், ஏனெனில் இது ஸ்கைர்மியான்களை நகர்த்துவதற்கு கழிவு வெப்பத்தைப் பயன்படுத்துவதற்கான வாய்ப்பை உயர்த்தும்” என்று RIKEN எமர்ஜென்ட் மேட்டர் சயின்ஸில் உள்ள Xiuzhen Yu கூறுகிறார்.

இப்போது, ​​யூவும் அவரது சகாக்களும் ஒரு மின்காப்பு காந்தப் பொருளில் ஸ்கைர்மியான்களைத் தூண்டுவதற்கு வெப்பநிலை சாய்வு எவ்வாறு பயன்படுத்தப்படலாம் என்பதைக் காட்டியுள்ளனர்.

குழு இந்த பொருளின் தட்டு, ஒரு மினியேச்சர் வெப்பமூட்டும் உறுப்பு மற்றும் இரண்டு மின்சார வெப்பமானிகளைக் கொண்ட ஒரு சாதனத்தை உருவாக்கியது. பின்னர் அவர்கள் தட்டில் சுமார் 60 நானோமீட்டர் அகலமுள்ள ஸ்கைர்மியான்களை உருவாக்கினர். அதை சுமார் −253 டிகிரி செல்சியஸ் வரை குளிர்வித்து ஒரு காந்தப்புலத்தைப் பயன்படுத்துகின்றனர். இந்த ஸ்கைர்மியான்கள் ஒரு அறுகோண ஸ்கைர்மியான் அணிக்கோவை எனப்படும் நிலையான தேன்கூடு அமைப்பில் கூடின.

யுவின் குழு பின்னர் தட்டின் ஒரு முனையில் வெப்பநிலையை சிறிது அதிகரித்தது மற்றும் இது ஸ்கைர்மியான்களை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பதைக் காண டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கியைப் பயன்படுத்தியது. ஒரு மில்லிமீட்டர் தட்டில் ஒரு டிகிரியின் 100வது வெப்பநிலை சாய்வு ஸ்கைர்மியான்களை நகர்த்துவதற்கு போதுமானதாக இருந்தது. இந்த வாசலுக்கு மேலே, தேன்கூடு அணிக்கோவையின் விளிம்பு குளிர்ச்சியிலிருந்து தட்டில் வெப்பமான முனைக்கு நகர்ந்து, வெப்ப ஓட்டத்திற்கு எதிர் திசையில் பயணித்தது. இதற்கு வெறும் 10 மைக்ரோவாட்களின் மிகக் குறைந்த வெப்ப சக்தி தேவைப்பட்டது. இது மின்சாரம் அல்லது காந்தப்புலங்களைப் பயன்படுத்தி ஸ்கைர்மியான்களை நகர்த்துவதற்குத் தேவையான சக்தியை விட நூற்றுக்கணக்கான அல்லது ஆயிரக்கணக்கான மடங்கு சிறியது. சற்று அதிக சக்தியைப் பயன்படுத்தி, வெப்பநிலை சாய்வு மூலம் தனிப்பட்ட ஸ்கைர்மியான்களை தட்டு வழியாக இயக்க முடியும்.

இன்சுலேடிங் காந்தத்தில் வெப்பத்தால் இயக்கப்படும் ஸ்கைர்மியான் இயக்கம் காணப்படுவது இதுவே முதல் முறை என்று ஆராய்ச்சியாளர்கள் கூறுகின்றனர். “இந்த கண்டுபிடிப்பு ஸ்கைர்மியான்களைப் பயன்படுத்தி ஆற்றல் திறன் கொண்ட சாதனங்களை உருவாக்க ஆராய்ச்சியாளர்களைத் தூண்ட வேண்டும்” என்று யு கூறுகிறார்.

குழு இப்போது அறை வெப்பநிலையில் உலோக அமைப்புகளில் அவற்றின் எதிர் துகள்களாக-ஆன்டி-ஸ்கைர்மியான்களாக மாறுவது உட்பட ஸ்கைர்மியான்களின் வெப்பத்தால் தூண்டப்பட்ட இயக்கவியலைப் ஆராய்ந்து வருகிறது.

References:

• Mochizuki, M., Yu, X. Z., Seki, S., Kanazawa, N., Koshibae, W., Zang, J., & Nagaosa, N. (2014). Thermally driven ratchet motion of a skyrmion microcrystal and topological magnon Hall effect. Nature materials, 13(3), 241-246.
• Lin, S. Z., Batista, C. D., Reichhardt, C., & Saxena, A. (2014). AC current generation in chiral magnetic insulators and skyrmion motion induced by the spin Seebeck effect. Physical review letters, 112(18), 187203.
• Zhang, S. L., Wang, W. W., Burn, D. M., Peng, H., Berger, H., Bauer, A., … & Hesjedal, T. (2018). Manipulation of skyrmion motion by magnetic field gradients. Nature communications, 9(1), 1-8.
• Kanazawa, N., Seki, S., & Tokura, Y. (2017). Noncentrosymmetric magnets hosting magnetic skyrmions. Advanced Materials, 29(25), 1603227.
• Seki, S., Yu, X. Z., Ishiwata, S., & Tokura, Y. (2012). Observation of skyrmions in a multiferroic material. Science, 336(6078), 198-201.