Стратегия «быстрой обжарки» создаёт идеальную среду для скирмионов

Ученые из Центра им. Гельмгольца в Дрездене-Рссендорфе (HZDR), Дрезденского института твёрдого тела и материалов имени Лейбница, Дрезденского технического университета (TUD) и их китайские партнёры разработали метод выращивания особого магнитного тонкоплёночного материала, содержащего крошечные магнитные вихри — скирмионы, которые считаются многообещающими кандидатами для будущих магнитных запоминающих устройств.

Тонкие плёнки особого сплава силицида марганца (Mn-Si), известного как фаза B20, наилучшим образом подходят для образования скирмионов. Однако получить этот сплав нелегко, потому что во время производственного процесса неизбежно формируется другая, нежелательная кристаллическая фаза, называемая MnSi1.7, которая препятствует возникновению скирмионов. В частности, появлению MnSi1,7 благоприятствуют более низкие температуры и более медленное охлаждение материала.

Международная команда представила в журнале Advanced Functional Materials свой метод, который предотвращает образование MnSi1,7, оставляя только тонкие слои безупречного материала B20-MnSi. Эксперты использовали «блинную» стратегию резкого интенсивного нагрева короткими интенсивными импульсами белого света. Такие вспышки они получали в «BlitzLab», лаборатории инноваций им. Гельмгольца, расположенной в кампусе Россендорфа.

Изменяя мощность вспышек, исследователи смогли с большой точностью регулировать соотношение различных кристаллических фаз. Когда они прикладывали относительно большие мощности, образовывались тонкие плёнки чистого B20-MnSi. В результате скирмионы, которые генерировались в этих слоях, оказались стабильны в гораздо более широком диапазоне температур и магнитных полей, чем ранее наблюдалось в этом материале.

Сам по себе силицид марганца малопригоден для практического использования скирмионов, поскольку он работает только при очень низких температурах. Тем не менее, это сплав может послужить важной моделью для доводки других, более подходящих материалов.