Un estudio de la Universidad Politécnica de Tomsk revela cómo los vórtices topológicos que se encuentran en materiales de baja dimensión pueden ser desplazados, borrados y restaurados nuevamente por el campo eléctrico dentro de las nanopartículas. Esto puede abrir oportunidades interesantes para los dispositivos de memoria o las computadoras cuánticas en las que la información se cifrará en las características de los vórtices topológicos.

Científicos de TPU y colaboradores internacionales han descubierto una autoorganización inusual de átomos en el volumen de nanopartículas y han aprendido a controlarla a través de un campo eléctrico. Estas nanopartículas controladas se pueden utilizar para generar una amplia memoria de acceso aleatorio no volátil (NRAM), Computadoras cuánticas y otros dispositivos electrónicos de próxima generación.

El autor principal es Dmitriy Karpov, ingeniero del Departamento de Física General, TPU, quien explica que en la ciencia moderna de los materiales, los defectos de la materia se dividen en dos grandes grupos. El primer grupo incluye clásicos, defectos bien estudiados, cuando los átomos de la materia están desordenados mecánicamente, es decir., los átomos se eliminan o se insertan en la red. En el otro grupo, la organización espacial de la propia red cambia y tales defectos se denominan topológicos.

Los defectos topológicos pueden influir fuertemente en la materia, haciéndolo superfluido o superconductor, y por lo tanto, es muy importante estudiarlos. Los defectos topológicos solo se pueden encontrar en materiales de baja dimensión:nanobarras y nanofilms bidimensionales (de solo varios átomos de espesor) y nanopuntos o nanopartículas unidimensionales, que son partículas esféricas que constan de varias decenas o cientos de átomos idénticos.

"Uno de los defectos topológicos importantes es un vórtice topológico que parece una torsión discernible causada por un pequeño desplazamiento de todos los átomos. El núcleo del vórtice es una nanocadena que puede ser desplazada por el campo, y borrado y restaurado nuevamente dentro de nanopartículas, "explica Edwin Fohtung, Profesor del Laboratorio Nacional de Los Alamos y de la Universidad Estatal de Nuevo México.

Los científicos estudiaron nanopartículas de titanato de bario cuya estructura interna se visualizó con la ayuda de radiación penetrante de rayos X del sincrotrón Advanced Photon Source (Chicago, ESTADOS UNIDOS). Obtuvieron una imagen del volumen de nanopartículas con una resolución de 18 nanómetros, lo que les permitió analizar los más mínimos cambios en la estructura. Como resultado, los investigadores demostraron que un campo eléctrico externo puede desplazar el núcleo del vórtice topológico dentro de la nanopartícula, y cuando se quita el campo, vuelve a su posición original.

Los componentes modernos de la electrónica son cada vez más pequeños. Esto puede influir significativamente en la eficiencia de los dispositivos, que se reducirá significativamente debido a los efectos cuánticos. Una forma de eludir estas limitaciones es utilizar vórtices topológicos. Por lo tanto, se pueden utilizar para generar NRAM de alta densidad o computadoras cuánticas en las que la información se cifrará en las características de los vórtices topológicos.

"Considerándolo todo, la posibilidad de controlar y ajustar vórtices topológicos en nanopartículas es importante para la creación de nueva electrónica, ", concluye Dmitriy Karpov.