Experimenteller und theoretischer Nachweis

Die beiden Skyrmion-Typen lassen sich aufgrund ihrer unterschiedlich grossen Durchmesser und Intensitäten mit dem Magnetokraftmikroskop gut voneinander unterscheiden. Das grössere Skyrmion, das auch ein stärkeres Magnetfeld erzeugt, durchdringt das gesamte Schichtsystem, also auch die mittlere ferrimagnetische Multilage; das schwächere durchdringt diese dagegen nicht, sondern existiert nur in den beiden äusseren Multilagen. Und genau darin liegt die Bedeutung der jüngsten Ergebnisse hinsichtlich eines möglichen Einsatzes von Skyrmionen in der Datenverarbeitung. Denn wenn binär Daten – als 0 und 1 – gespeichert und abgelesen werden sollen, müssen diese eindeutig unterscheidbar sein, was hier durch die beiden unterschiedlichen Skyrmion-Typen möglich wäre.

Mit dem Magnetokraftmikroskop wurden verschiedene dieser Multilagen miteinander verglichen. So konnte Hugs Team feststellen, in welchen Schichten die unterschiedlichen Skyrmionen vorkommen. Zudem bestätigten mikromagnetische Computersimulationen die Ergebnisse. Erstere wurden in Zusammenarbeit mit Spezialisten an den Universitäten Wien und Messina durchgeführt.

Ein grosser Schritt in Richtung Umsetzbarkeit sei gemacht, ist die Empa-Forscherin Andrada-Oana Mandru, die Erstautorin der Studie, überzeugt: «Die von uns entwickelten und mittels Sputter-Technologie herstellbaren Multilagen sind prinzipiell auch im industriellen Massstab herstellbar.» Zudem könnten in Zukunft mit ähnlichen Systemen eventuell auch dreidimensionale Datenspeicher mit noch wesentlich grösserer Speicherdichte gebaut werden. Ihre Arbeit präsentierte die Forschungsgruppe vor kurzem in einem Artikel im Fachblatt «Nature Communications».