دراسة Skyrmion - تطبيقات AFM لمركز Quantum Diamond NV
هل يمكنك أن تتخيل قرصًا صلبًا لجهاز كمبيوتر محمول بحجم حبة الأرز؟ Skyrmion، وهو هيكل شبه جسيم غامض في المجال المغناطيسي، يمكن أن يجعل هذه الفكرة التي لا يمكن تصورها حقيقة واقعة، مع مساحة تخزين أكبر ومعدلات نقل أسرع للبيانات لهذه "حبة الأرز". فكيف يمكن مراقبة هذا الهيكل الجزيئي الغريب؟ The CIQTEK Quantum Diamond Atomic يمكن أن يخبرك مجهر القوة (QDAFM)، المستند إلى مركز النيتروجين الشاغر (NV) في التصوير الماسي ومسح AFM، بالإجابة. ما هو سكيرميون مع التطور السريع للدوائر المتكاملة واسعة النطاق، وعملية الرقائق إلى مقياس النانومتر، تم تسليط الضوء تدريجياً على التأثير الكمي، وواجه "قانون مور" حدودًا فيزيائية. وفي الوقت نفسه، مع هذه الكثافة العالية للمكونات الإلكترونية المتكاملة على الشريحة، أصبحت مشكلة التبديد الحراري تحديًا كبيرًا. يحتاج الناس بشكل عاجل إلى تكنولوجيا جديدة لاختراق عنق الزجاجة وتعزيز التنمية المستدامة للدوائر المتكاملة. يمكن لأجهزة Spintronics تحقيق كفاءة أعلى في تخزين المعلومات ونقلها ومعالجتها من خلال استغلال خصائص دوران الإلكترونات، وهي طريقة مهمة لاختراق المعضلة المذكورة أعلاه. في السنوات الأخيرة، من المتوقع أن تكون الخصائص الطوبولوجية في الهياكل المغناطيسية والتطبيقات المرتبطة بها هي حاملات المعلومات للجيل القادم من الأجهزة الإلكترونية الدورانية، والتي تعد واحدة من النقاط الساخنة للبحث الحالي في هذا المجال. Skyrmion (المشار إليه فيما بعد باسم Skyrmion المغناطيسي) عبارة عن بنية تدور محمية طوبولوجيًا بخصائص شبه جسيمية، وباعتباره نوعًا خاصًا من جدار المجال المغناطيسي، فإن هيكله عبارة عن توزيع مغنطة مع دوامات. على غرار جدار المجال المغناطيسي، يوجد أيضًا انعكاس لحظي مغناطيسي في Skyrmion، ولكن على عكس جدار المجال، فإن Skyrmion عبارة عن بنية دوامية، ويكون انعكاس عزمه المغناطيسي من المركز إلى الخارج، والأنواع الشائعة هي من نوع Bloch Skyrmions وSkyrmions من نوع نيل. الشكل 1: رسم تخطيطي لهيكل skyrmion. ( أ ) Skyrmions من نوع Neel ( ب ) Skyrmions من نوع Bloch Skyrmion عبارة عن حامل معلومات طبيعي يتمتع بخصائص فائقة مثل سهولة التلاعب وسهولة الثبات وصغر الحجم وسرعة القيادة السريعة. لذلك، من المتوقع أن تلبي الأجهزة الإلكترونية المعتمدة على Skyrmions متطلبات الأداء للأجهزة المستقبلية من حيث عدم التقلب، والقدرة العالية، والسرعة العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة. ما هي تطبيقات Skyrmions ذاكرة مضمار السباق Skyrmion تستخدم ذاكرة مضمار السباق أسلاكًا نانوية مغناطيسية كمسارات وجدران المجال المغناطيسي كحاملات، حيث يقود التيار الكهربائي حركة جدران المجال المغناطيسي. في عام 2013، اقترح الباحثون ذاكرة حلبة السباق Skyrmion، وهي بديل واعد أكثر. بالمقارنة مع كثافة محرك الأقراص الحالية لجدار المجال المغناطيسي، فإن Skyrmion أصغر بمقدار 5-6 أوامر، مما قد يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة وتوليد الحرارة. عن طريق ضغط Skyrmions، يمكن أن تكون المسافة بين Skyrmions المجاورة وقطر Skyrmion بنفس الترتيب من حيث الحجم، مما قد يؤدي إلى كثافة تخزين أعلى. الشكل 2: ذاكرة مضمار السباق المستندة إلى Skyrmion ترانزستور سكيرميون يمكن أيضًا استخدام Skyrmions في اتجاه الترانزستورات، مما يفتح أفكارًا جديدة لتطوير أشباه الموصلات. كما هو مبين في الشكل 3، يتم إنشاء Skyrmion في أحد طرفي الجهاز باستخدام MTJ (تقاط...
