Serendipia en el campo de la investigación del magnetismo

Los científicos descubren una nueva interacción luz-materia con la que pueden escribir estructuras magnéticas de tamaño nanométrico

22.04.2020 - Alemania

En cooperación con investigadores chinos de la Academia China de Ciencias y otros, investigadores alemanes del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) en Stuttgart han creado por primera vez en la historia, globos celestes individuales en una capa magnética usando rayos X suaves. En numerosos experimentos, han demostrado que un rayo X blando enfocado con un diámetro de menos de 50 nanómetros puede generar un torbellino magnético de 100 nanómetros, el tamaño más pequeño posible. Al hacerlo, los científicos son los primeros en descubrir que esta interacción entre la luz y la materia existe.

"Todavía no sabemos cómo la luz de rayos X escribe estructuras magnéticas en la materia", dice el Dr. Joachim Gräfe, jefe del grupo de investigación de Nanomagnónica y Dinámica de la Magnetización en el MPI-IS y uno de los autores principales del estudio. "Dado que el calor no es un factor para escribir los cielos, aquí, tiene que ver con el propio rayo X y es un efecto resonante específico del elemento: podemos escribir directamente los átomos responsables del magnetismo". Él y su equipo fueron capaces de escribir "MPI-IS", como se muestra en una imagen (ver imagen adjunta).

Los Skyrmions son estructuras tridimensionales que tienen un tamaño de 100 nanómetros y se producen en materiales magnéticos. Se parecen a pequeñas bobinas: imanes elementales conocidos como espirales que están dispuestos en estructuras cerradas tipo vórtice. Los Skyrmions están protegidos topológicamente, lo que significa que su forma es inalterable. Por lo tanto, se consideran como dispositivos estables de almacenamiento de datos.

Descubrir un efecto completamente nuevo es un golpe de suerte que los científicos experimentan sólo unas pocas veces a lo largo de sus carreras, si es que lo hacen. "Este es uno de los proyectos más emocionantes de Skyrmion que hemos llevado a cabo en los últimos años", continúa Gräfe. "Descubrir este nuevo efecto fue completamente inesperado y sorprendente para nosotros". Gracias a este descubrimiento, prácticamente cualquier persona puede escribir varias disposiciones de los cielos en capas magnéticas con un rayo X. Esto abrirá varios campos de investigación completamente nuevos. La capacidad de escribir estructuras magnéticas con precisión milimétrica abre muchas posibilidades.

Los resultados son particularmente relevantes para el desarrollo y la producción de procesadores de skyrmion, que almacenan información en los skyrmions y los mueven para su procesamiento. Se considera que estos procesadores son muy eficientes desde el punto de vista energético y menos susceptibles a las interferencias. Sin embargo, este desarrollo sólo puede seguir su curso si se pueden crear los cielos con precisión y exactitud, y esto es posible por primera vez. "Nuestro objetivo es que los rayos X sirvan algún día como herramienta para determinar o escribir la disposición de las estructuras magnéticas."

Para hacer visibles los cielos, los investigadores usan un microscopio de rayos X de transmisión de escaneo: MAXYMUS es un microscopio de rayos X de alta resolución que pesa 1,8 toneladas. Está situado en BESSY II, una fuente de radiación sincrotrón de 80 metros de ancho del Helmholtz-Zentrum Berlin en Adlershof. MAXYMUS son las siglas de "MAgnetic X-raY Micro- and UHV Spectroscope". El microscopio es como una cámara: muy parecido a una película en cámara lenta, sigue cómo la estructura de los materiales cambia hasta alcanzar un tamaño de sólo unos pocos nanómetros. La amplia gama de aplicaciones del microscopio de rayos X de barrido es lo que atrae a muchos de los principales investigadores del mundo. Hay muchas más aplicaciones para el MAXYMUS de las que su capacidad permite. "Esto muestra lo atractivo que es trabajar con el microscopio", dice Gräfe. "También es estupendo que MAXYMUS atraiga muchas cooperaciones internacionales y haga posible diversos proyectos conjuntos".

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