Las nanoestructuras con una propiedad única

Por primera vez, los investigadores han logrado crear e identificar los cielos antiferromagnéticos con una propiedad única

25.09.2020 - Suiza

Vórtices a nanoescala conocidos como skyrmions pueden ser creados en muchos materiales magnéticos. Por primera vez, los investigadores de la PSI han logrado crear e identificar los "skyrmions" antiferromagnéticos con una propiedad única: los elementos críticos dentro de ellos están dispuestos en direcciones opuestas. Los científicos han logrado visualizar este fenómeno usando la dispersión de neutrones. Su descubrimiento es un gran paso hacia el desarrollo de nuevas aplicaciones potenciales, como computadoras más eficientes.

El que un material sea magnético depende de los giros de sus átomos. La mejor manera de pensar en los giros es como barras magnéticas diminutas. En una estructura cristalina donde los átomos tienen posiciones fijas en una red, estos giros pueden estar dispuestos de forma cruzada o alineados todos en paralelo como las lanzas de una legión romana, dependiendo del material individual y su estado.

Bajo ciertas condiciones es posible generar pequeños vórtices dentro del cuerpo de giros. Estos se conocen como skyrmions. Los científicos están particularmente interesados en los "skyrmions" como un componente clave en las tecnologías futuras, como el almacenamiento y la transferencia de datos más eficiente. Por ejemplo, podrían ser usados como bits de memoria: un "skyrmion" podría representar el digital, y su ausencia un cero digital. Dado que los skyrmions son significativamente más pequeños que los bits utilizados en los medios de almacenamiento convencionales, la densidad de los datos es mucho mayor y potencialmente también más eficiente desde el punto de vista energético, mientras que las operaciones de lectura y escritura también serían más rápidas. Por lo tanto, los Skyrmions podrían ser útiles tanto en el procesamiento clásico de datos como en la computación cuántica de vanguardia.

Dinámico, pero inercial, y definitivamente futurista.

Los investigadores realizan experimentos para demostrar el movimiento inercial en materiales magnéticos: Trabajo de campo para el almacenamiento ultrarrápido de datos

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Otro aspecto interesante para la aplicación es que los "skyrmions" pueden ser creados y controlados en muchos materiales aplicando una corriente eléctrica. "Con los actuales skyrmions, sin embargo, es difícil moverlos sistemáticamente de A a B, ya que tienden a desviarse de una trayectoria recta debido a sus propiedades inherentes", explica Oksana Zaharko, líder del grupo de investigación del PSI.

Trabajando con investigadores de otras instituciones, la Dra. Zaharko y su equipo han creado ahora un nuevo tipo de "skyrmion" y han demostrado una característica única: en su interior, los giros críticos están dispuestos en direcciones opuestas entre sí. Por lo tanto, los investigadores describen sus telescopios como antiferromagnéticos.

En una línea recta de A a B

"Una de las principales ventajas de los skyrmions antiferromagnéticos es que son mucho más sencillos de controlar: si se aplica una corriente eléctrica, se mueven en una simple línea recta", comenta Zaharko. Esta es una gran ventaja: para que los telescopios sean adecuados para aplicaciones prácticas, debe ser posible manipularlos y posicionarlos selectivamente.

Los científicos crearon su nuevo tipo de skyrmion fabricándolo en un cristal antiferromagnético personalizado. Zaharko explica: "Antiferromagnético" significa que los giros adyacentes están en una disposición antiparalela, en otras palabras, uno apuntando hacia arriba y el siguiente hacia abajo. Así que lo que se observó inicialmente como una propiedad del material que posteriormente identificamos también en cada uno de los cielos".

Todavía se necesitan varios pasos antes de que los telescopios antiferromagnéticos estén lo suficientemente maduros para una aplicación tecnológica: Los investigadores de PSI tuvieron que enfriar el cristal a unos 272 grados centígrados bajo cero y aplicar un campo magnético extremadamente fuerte de tres tesla - aproximadamente 100.000 veces la fuerza del campo magnético de la Tierra.

La dispersión de neutrones para visualizar los cielos

Y los investigadores aún no han creado los globos celestes antiferromagnéticos individuales. Para verificar los pequeños vórtices, los científicos están usando la fuente de neutrones de espalación suiza SINQ en PSI. "Aquí podemos visualizar los torbellinos usando la dispersión de neutrones si tenemos muchos de ellos en un patrón regular en un material particular", explica Zaharko.

Pero el científico es optimista: "En mi experiencia, si logramos crear los cielos en una alineación regular, alguien pronto se las arreglará para crear tales cielos de forma individual".

El consenso general en la comunidad de investigadores es que una vez que se puedan crear los skyrmions antiferromagnéticos individuales a temperatura ambiente, una aplicación práctica no estará muy lejos.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Publicación original

S. Gao, H.D. Rosales, F.A. Gómez Albarracín, V. Tsurkan, G. Kaur, T. Fennell, P. Steffens, M. Boehm, P. Čermák, A. Schneidewind, E. Ressouche, D.C. Cabra, C. Rüegg, O. Zaharko; "Fractional antiferromagnetic skyrmion lattice induced by anisotropic couplings"; Nature; 23. September 2020 (online)

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