Descubren trenzas de nanovórtices
"Este tipo de estructuras dentro de los sólidos magnéticos sugieren propiedades eléctricas y magnéticas únicas"
Un equipo de científicos de Alemania, Suecia y China ha descubierto un nuevo fenómeno físico: unas complejas estructuras trenzadas formadas por diminutos vórtices magnéticos conocidos como skyrmions. Los skyrmions se detectaron por primera vez de forma experimental hace algo más de una década y desde entonces han sido objeto de numerosos estudios, además de proporcionar una posible base para conceptos innovadores en el procesamiento de la información que ofrezcan un mayor rendimiento y un menor consumo de energía. Además, los skyrmions influyen en las propiedades magnetorresistivas y termodinámicas de un material. Por lo tanto, el descubrimiento tiene relevancia tanto para la investigación aplicada como para la básica.
Los investigadores de Jülich han detectado estructuras similares a cuerdas formadas por skyrmions. Arriba, modelos simulados de seis skyrmions a diferentes intensidades de campo magnético; abajo, imágenes de microscopio electrónico de transmisión de dichas estructuras observadas en una película fina.
Forschungszentrum Jülich
Las cuerdas, los hilos y las estructuras trenzadas se ven en todas partes en la vida cotidiana, desde los cordones de los zapatos hasta los jerseys de lana, desde las trenzas del pelo de un niño hasta los cables de acero trenzados que se utilizan para sostener innumerables puentes. Estas estructuras también son habituales en la naturaleza y pueden, por ejemplo, dar a las fibras vegetales resistencia a la tracción o a la flexión. Físicos del Forschungszentrum Jülich, junto con colegas de Estocolmo y Hefei, han descubierto que tales estructuras existen a escala nanométrica en aleaciones de hierro y el metaloide germanio.
Estos nanoanillos están formados por varios skyrmions que se retuercen entre sí en mayor o menor medida, como las hebras de una cuerda. Cada skyrmion está formado por momentos magnéticos que apuntan en distintas direcciones y que, juntos, adoptan la forma de un pequeño vórtice alargado. Una hebra individual de skyrmion tiene un diámetro inferior a un micrómetro. La longitud de las estructuras magnéticas sólo está limitada por el grosor de la muestra; se extienden desde una superficie de la muestra hasta la superficie opuesta.
Estudios anteriores de otros científicos habían demostrado que estos filamentos son en gran medida lineales y casi con forma de varilla. Sin embargo, las investigaciones de microscopía de ultra alta resolución llevadas a cabo en el Ernst Ruska-Centre de Jülich y los estudios teóricos del Instituto Peter Grünberg de Jülich han revelado una imagen más variada: los hilos pueden, de hecho, retorcerse en distintos grados. Según los investigadores, estas formas complejas estabilizan las estructuras magnéticas, lo que las hace especialmente interesantes para su uso en diversas aplicaciones.
"Las matemáticas contienen una gran variedad de estas estructuras. Ahora sabemos que este conocimiento teórico puede traducirse en fenómenos físicos reales", se complace en informar el Dr. Nikolai Kiselev, físico de Jülich. "Estos tipos de estructuras dentro de los sólidos magnéticos sugieren propiedades eléctricas y magnéticas únicas. Sin embargo, es necesario seguir investigando para comprobarlo".
Para explicar la discrepancia entre estos estudios y los anteriores, el investigador señala que los análisis con un microscopio electrónico de ultra alta resolución no proporcionan simplemente una imagen de la muestra, como en el caso de, por ejemplo, un microscopio óptico. Esto se debe a que los fenómenos de mecánica cuántica entran en juego cuando los electrones de alta energía interactúan con los de la muestra.
"Es bastante factible que otros investigadores también hayan visto estas estructuras al microscopio, pero no hayan podido interpretarlas. Esto se debe a que no es posible determinar directamente la distribución de las direcciones de magnetización en la muestra a partir de los datos obtenidos. En su lugar, es necesario crear un modelo teórico de la muestra y generar una especie de imagen al microscopio electrónico a partir de él", explica Kiselev. "Si las imágenes teóricas y experimentales coinciden, se puede concluir que el modelo es capaz de representar la realidad".
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