Vědci poprvé v reálném čase zaznamenali, jak se uspořádaná mřížka magnetických skyrmionů mění v neuspořádaný stav. Skyrmiony jsou drobné vírovité struktury magnetizace, tedy uspořádání magnetických momentů v materiálu, které se může chovat podobně jako částice. Studie ukázala, jak při takzvaném tání vznikají a pohybují se poruchy v jejich pravidelné mřížce.
Výzkum provedl tým kolem Johannese Gutenberga-Universität Mainz ve spolupráci s Norwegian University of Science and Technology. Původní práci zveřejnil časopis Nature Nanotechnology v srpnu 2025 pod názvem Real-time observation of topological defect dynamics mediating two-dimensional skyrmion lattice melting. ScienceDaily o výsledcích informoval 26. října 2026.
Magnetická mřížka pod mikroskopem
Badatelé vytvořili skyrmiony v několik nanometrů tenké vícevrstvé magnetické struktuře z tantalu, slitiny kobaltu, železa a bóru, oxidu hořečnatého a další vrstvy tantalu. Skyrmiony uzavřeli do šestiúhelníkového útvaru o délce hrany 100 mikrometrů, což pomohlo stabilizovat jejich pravidelné uspořádání. V jednom ze sledovaných stavů mřížku tvořilo 401 skyrmionů.
K pozorování použili dynamickou Kerrův mikroskopii. Ta využívá změny odrazu světla od magnetického materiálu a umožňuje sledovat magnetizaci v čase. Vědci současně měnili vnější magnetické pole, a tím velikost i pohyblivost jednotlivých skyrmionů. Záznamy pořizovali s časovým rozlišením 62,5 milisekundy, takže mohli analyzovat nejen výsledný stav, ale i průběh rozpadu mřížky.
Při změně podmínek se mřížka nerozpadla jediným skokem. Nejprve procházela mezistavem označovaným jako hexatická fáze, v němž zůstává částečně zachované orientační uspořádání, ale mizí část pravidelnosti rozmístění. Teprve poté vznikl izotropní, tedy všesměrově neuspořádaný stav. Přechod zprostředkovávaly topologické poruchy, například dislokace – chyby v pravidelné mřížce, které se mohou pohybovat a spojovat.
Význam pro budoucí elektroniku
Dislokace se podle měření šířily výrazně rychleji než samotné skyrmiony. Jejich difuzní koeficient, který popisuje rychlost náhodného pohybu, byl o dva řády vyšší. Přímé sledování těchto procesů umožnilo ověřit chování předpovídané teorií dvourozměrného tání a současně ukázalo, jak lze kolektivní stav skyrmionů řídit změnou magnetického pole.
Skyrmiony jsou zajímavé pro spintroniku, obor elektroniky využívající nejen elektrický náboj, ale také magnetické vlastnosti elektronů. Teoreticky by mohly nést a zpracovávat informace v menších strukturách s nižší spotřebou než některé současné přístupy. Jejich dynamika by mohla být využitelná také v neuromorfních počítačích, které napodobují některé principy zpracování informací v nervových sítích.
Studie však nepředstavuje hotovou technologii pro počítače. Zabývala se fyzikou skyrmionové mřížky v laboratorní tenké vrstvě, nikoli fungujícím výpočetním zařízením. Než bude možné skyrmiony spolehlivě využít v pamětech nebo procesorech, bude nutné vyřešit jejich stabilitu, přesné řízení a začlenění do elektronických obvodů.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.