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  • Detección simple de skyrmions magnéticos

    Los remolinos magnéticos con un diámetro de solo unos pocos nanómetros se producen en una película delgada de paladio y hierro (abajo, los conos representan átomos individuales de la superficie y apuntan en la dirección de los imanes atómicos). La resistencia, medido con una sonda metálica cerca de los cambios de superficie dentro del skyrmion en comparación con sus alrededores (arriba, datos experimentales en un skyrmion, ver publicación original). El cambio de resistencia es continuo y se vuelve más fuerte, cuando la inclinación entre los imanes atómicos vecinos es mayor, en este caso en el centro skyrmion. Crédito:Hanneken, Universidad de Hamburgo

    En el presente, Los pequeños remolinos magnéticos, los llamados skyrmions, se discuten como candidatos prometedores para bits en futuros dispositivos de almacenamiento de datos robustos y compactos. En la Universidad de Hamburgo se descubrió recientemente que estas exóticas estructuras magnéticas existían en capas magnéticas ultrafinas y multicapas, similares a los que se utilizan en las unidades de disco duro y los sensores magnéticos actuales. Sin embargo, hasta ahora era necesario un imán adicional para la lectura de skyrmions. Ahora, investigadores de la Universidad de Hamburgo y la Christian-Albrechts-Universität en Kiel han demostrado que los skyrmions se pueden detectar mucho más fácilmente debido a un cambio drástico de la resistencia eléctrica en estos remolinos magnéticos. Para los conceptos de almacenamiento de datos futuros, esto promete una simplificación significativa en términos de fabricación y operación.

    Los remolinos estables en materiales magnéticos (ver figura) se predijeron hace más de 25 años, pero la realización experimental se logró sólo recientemente. El descubrimiento de tales skyrmions en películas magnéticas delgadas y multicapas, ya utilizado en la tecnología actual, y la posibilidad de mover estos skyrmions a densidades de corriente eléctrica muy bajas, ha abierto la perspectiva para usarlos como bits en nuevos dispositivos de almacenamiento de datos.

    Hasta ahora, los remolinos magnéticos individuales se detectaban mediante microscopía electrónica o mediante el cambio de resistencia en un túnel de contacto con una sonda magnética. Mediante el empleo de un microscopio de efecto túnel, los investigadores de la Universidad de Hamburgo pudieron demostrar que la resistencia también cambia cuando se utiliza un metal no magnético en dicha medición. 'En nuestro experimento podemos mover una punta metálica sobre una superficie con precisión a escala atómica, y de esta manera podemos medir la resistencia en diferentes posiciones en un skyrmion ', dice Christian Hanneken, estudiante de doctorado en el grupo del Prof. Roland Wiesendanger. Esto permite la prueba de la resistencia localmente variable dentro del remolino magnético. 'Encontramos un cambio de resistencia de hasta el 100%, permitiendo un esquema de detección simple para skyrmions ', como explica la Dra. Kirsten von Bergmann.

    En colaboración con físicos teóricos de la Universidad de Kiel, los investigadores pudieron identificar el origen del cambio de resistencia en el remolino magnético:se debe a la inclinación entre los imanes atómicos de un átomo a otro (ver figura). Cuanto mayor sea el ángulo entre los imanes atómicos adyacentes, cuanto más fuerte es el cambio en la resistencia eléctrica. 'Los electrones tienen un giro, y así interactúan con estructuras magnéticas ', dice el profesor Stefan Heinze de la Universidad de Kiel. Cuando los electrones viajan a través de un remolino magnético, sienten la inclinación entre los imanes atómicos, dando lugar a un cambio de resistencia local del material. 'Pudimos comprender este efecto realizando extensas simulaciones numéricas por computadora de las propiedades electrónicas y desarrollamos un modelo simple para este efecto', como explica el estudiante de doctorado Fabian Otte.

    En aplicaciones futuras, este efecto recién descubierto podría aprovecharse para leer bits skyrmiónicos de una manera sencilla. La posibilidad de utilizar electrodos metálicos arbitrarios simplifica significativamente la fabricación y el funcionamiento de tales dispositivos de almacenamiento novedosos.


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