Un equipo de científicos dirigido por el profesor asociado Yang Hyunsoo del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha inventado una nueva película multicapa ultrafina que podría aprovechar las propiedades de pequeños remolinos magnéticos. conocido como skyrmions, como soportes de información para almacenar y procesar datos en medios magnéticos.

La película fina de tamaño nanométrico, que fue desarrollado en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven, Universidad de Stony Brook, y la Universidad Estatal de Luisiana, es un paso fundamental hacia el diseño de dispositivos de almacenamiento de datos que consumen menos energía y funcionan más rápido que las tecnologías de memoria existentes. La invención fue reportada en prestigiosa revista científica. Comunicaciones de la naturaleza el 10 de marzo de 2017.

Pequeños remolinos magnéticos con un gran potencial como portadores de información

La transformación digital ha dado como resultado una demanda cada vez mayor de un mejor procesamiento y almacenamiento de grandes cantidades de datos. así como mejoras en la tecnología de los discos duros. Desde su descubrimiento en materiales magnéticos en 2009, skyrmions, que son pequeñas texturas magnéticas arremolinadas de solo unos pocos nanómetros de tamaño, se han estudiado ampliamente como posibles portadores de información en dispositivos lógicos y de almacenamiento de datos de próxima generación.

Se ha demostrado que los Skyrmions existen en sistemas en capas, con un metal pesado colocado debajo de un material ferromagnético. Debido a la interacción entre los diferentes materiales, una interacción de ruptura de simetría interfacial, conocida como la interacción Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), se forma, y esto ayuda a estabilizar un skyrmion. Sin embargo, sin un campo magnético fuera del plano presente, la estabilidad del skyrmion está comprometida. Además, por su diminuto tamaño, es difícil obtener imágenes de los materiales de tamaño nanométrico.

Para abordar estas limitaciones, los investigadores trabajaron para crear skyrmions magnéticos estables a temperatura ambiente sin la necesidad de un campo magnético de polarización.

Material único para el almacenamiento de datos

El equipo de NUS, que también incluye al Dr. Shawn Pollard y a la Sra. Yu Jiawei del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de NUS, descubrió que se podía mantener un gran DMI en películas multicapa compuestas de cobalto y paladio, y esto es lo suficientemente grande como para estabilizar las texturas de giro de skyrmion.

Para obtener imágenes de la estructura magnética de estas películas, los investigadores de NUS, en colaboración con el Laboratorio Nacional Brookhaven en los Estados Unidos, empleó microscopía electrónica de transmisión de Lorentz (L-TEM). L-TEM tiene la capacidad de obtener imágenes de estructuras magnéticas por debajo de 10 nanómetros, pero no se ha utilizado anteriormente para observar skyrmions en geometrías multicapa, ya que se predijo que exhibiría señal cero. Sin embargo, al realizar los experimentos, los investigadores encontraron que al inclinar las películas con respecto al haz de electrones, encontraron que podían obtener un contraste claro consistente con el esperado para skyrmions, con tamaños inferiores a 100 nanómetros.

El Dr. Pollard explicó:"Se ha asumido durante mucho tiempo que no hay DMI en una estructura simétrica como la presente en nuestro trabajo, por eso, no habrá skyrmion. Es realmente inesperado para nosotros encontrar grandes DMI y skyrmions en la película multicapa que diseñamos. Y lo que es más, Estos skyrmions a nanoescala persistieron incluso después de la eliminación de un campo magnético de polarización externo, que son los primeros de su tipo ".

Assoc Prof Yang agregado, "Este experimento no solo demuestra la utilidad de L-TEM en el estudio de estos sistemas, pero también abre un material completamente nuevo en el que se pueden crear skyrmions. Sin la necesidad de un campo de sesgo, el diseño y la implementación de dispositivos basados ​​en skyrmion se simplifican significativamente. El pequeño tamaño de los skyrmions, combinado con la increíble estabilidad generada aquí, podría ser potencialmente útil para el diseño de dispositivos espintrónicos de próxima generación que son energéticamente eficientes y pueden superar las tecnologías de memoria actuales ".