Por primera vez, tenemos una imagen tridimensional de un skyrmion magnético. Este pequeño defecto en espiral en las propiedades magnéticas de algunos materiales podría encontrar usos en dispositivos de almacenamiento electrónicos de próxima generación y computadoras cuánticas.
Si bien las predicciones bidimensionales de skyrmions han demostrado ser valiosas, una nueva investigación de los EE. UU. y Suiza muestra que los remolinos similares a partículas no se limitan a superficies planas. Son más complejos, lo que hace que determinar su estructura 3D sea importante.
El nuevo estudio, dirigido por el físico David Raftrey del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en California, nos brinda una mejor comprensión de los fundamentos de los materiales magnéticos. Considerando lo ampliamente que se utilizan, existen muchas aplicaciones potenciales.
“La presencia de skyrmions u otras texturas magnéticas a nivel microscópico determina fundamentalmente las propiedades, el comportamiento y la funcionalidad de los materiales magnéticos”, escribe el equipo en su artículo publicado.
A escala nanométrica, en ciertos materiales magnéticos, los skyrmions se pueden encontrar como ondas estacionarias estables que consisten en remolinos de espines electrónicos contrastantes. Estos remolinos pueden activarse para moverse de maneras particulares, mediante la aplicación de una carga eléctrica o un campo magnético.
Raftrey y sus colegas utilizaron una técnica avanzada llamada laminografía magnética de rayos X, un proceso similar a las tomografías computarizadas médicas para materiales más simples. A medida que se mueve y rota un objeto, se toman nuevas lecturas, construyendo una imagen en 3D.
En este caso, el objeto era un disco magnético muy pequeño que contenía skyrmions, de solo 800 nanómetros de ancho y 95 nanómetros de espesor. Apila alrededor de mil de ellos uno sobre otro y tendrás el grosor de una hoja de papel estándar. Este no fue un proceso rápido, que llevó meses en total, pero los investigadores finalmente lograron la mejor comprensión de las estructuras de espín de los skyrmions que buscaban, gracias al uso de algunos algoritmos sofisticados para combinar las imágenes de rayos X.
“Básicamente, se puede reconfigurar y reconstruir [el skyrmion] a partir de estas muchas, muchas imágenes y datos”, explica Raftrey.
Ahora que estas estructuras han sido cartografiadas en 3D por primera vez, sabemos cómo tienen forma, cómo interactúan y cómo varían capa por capa, una gran mejora con respecto a las imágenes 2D que teníamos anteriormente. Lo que a los físicos les gusta de los skyrmions es que son muy estables, muy rápidos y muy difíciles de descomponer. Eso sugiere que podrían ser útiles para almacenar los 1 y 0 de los datos básicos de una manera más compacta y eficiente que los enfoques tradicionales.
Se trata de un campo de la ciencia conocido como espintrónica, que utiliza espines de electrones en lugar de electrones como base de los sistemas informáticos. Como han demostrado estudios anteriores, significaría grandes avances en el tamaño y la miniaturización de las computadoras.
“Confiar en la carga del electrón, como se hace hoy, conlleva inevitables pérdidas de energía. Si se utilizan espines, las pérdidas serán significativamente menores”, dice el científico de materiales Peter Fischer del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
“Nuestros resultados proporcionan una base para la metrología a nanoescala para dispositivos espintrónicos”.
La investigación se ha publicado en Science Advances.
Fuente: Science Alert.
