Pequeñas estructuras de vórtice magnético, los llamados skyrmions, se han investigado intensamente durante algún tiempo para futuros dispositivos de almacenamiento de datos que ahorren espacio y ahorren energía. Los científicos de Forschungszentrum Jülich han descubierto ahora otra clase de objeto magnético similar a una partícula que podría llevar el desarrollo de dispositivos de almacenamiento de datos un paso adelante significativo. Las partículas magnéticas recién descubiertas permiten codificar datos digitales directamente con dos tipos diferentes de objetos magnéticos, es decir, con skyrmions y bobinas magnéticas, si se utilizan skyrmions para codificar el número uno, entonces las nuevas estructuras podrían usarse para codificar el número cero.

Estos objetos, que se denominan "bobinas magnéticas quirales, "Son estructuras magnéticas tridimensionales que aparecen cerca de las superficies de ciertas aleaciones.

"Por mucho tiempo, el único objeto de investigación en el campo de los imanes quirales fue el skyrmion magnético. Ahora proporcionamos un nuevo objeto para la investigación de los investigadores, un corcho quiral, que se caracteriza por una serie de propiedades únicas, "dice el Dr. Nikolai Kiselev del Instituto Peter Grünberg de Jülich (PGI-1). Hace tres años, junto con el director del instituto, el profesor Stefan Blügel y otros colaboradores, predijeron teóricamente la existencia de esta nueva clase de estructuras magnéticas. Ahora, Investigadores del Centro Ernst Ruska de Microscopía y Espectroscopía con Electrones (Director Prof. Rafal E. Dunin-Borkowski y sus colegas) han demostrado la existencia de bobinas quirales en un material real experimentalmente.

La estabilidad de las estructuras magnéticas como los skyrmions está relacionada con una propiedad del material conocida como quiralidad. Así como una mano derecha no se puede convertir en mano izquierda por razones de simetría, Las estructuras magnéticas para diestros y zurdos no se pueden convertir entre sí. Es más, tanto los skyrmions como las bobinas quirales recién descubiertas son muy pequeñas, con diámetros típicamente de sólo unas pocas decenas de nanómetros. Por lo tanto, en principio, pueden utilizarse para empaquetar datos de forma muy densa en un chip de memoria. Sin embargo, su pequeño tamaño hace que su observación sea muy desafiante. "La visualización de la textura magnética a una escala tan pequeña requiere técnicas especiales de vanguardia que son accesibles en solo unos pocos laboratorios en todo el mundo, "explica Rafal Dunin-Borkowski.

Hay otra razón importante por la que los solitones magnéticos (otro nombre para los objetos similares a partículas en la física no lineal), como los skyrmions y las bobinas quirales, son tan prometedores para las aplicaciones. A diferencia de los bits de datos en las unidades de disco duro, Los skyrmions son objetos móviles. Su movimiento a lo largo de una pista de guía en un chip puede ser inducido por un pulso muy débil de corriente eléctrica. Esta propiedad ofrece nuevas oportunidades para el desarrollo de un concepto completamente nuevo de memoria magnética de estado sólido, la llamada memoria de pista de carreras skyrmion. "La movilidad de skyrmions permite que los datos se muevan de elementos de escritura a lectura sin la necesidad de piezas mecánicas móviles, como cabezales de lectura y escritura y disco duro giratorio en sí, "explica Nikolai Kiselev. Esta capacidad ahorra energía porque los componentes que se mueven generalmente requieren más energía, ocupan más espacio y tienden a ser sensibles a vibraciones mecánicas y golpes. Una nueva memoria magnética de estado sólido estaría libre de tales desventajas.

"Hasta ahora, se asumió que los datos digitales deberían representarse de alguna manera como una secuencia de skyrmions y espacios vacíos, ", dice Stefan Blügel. La distancia entre skyrmions sucesivos codifica información binaria. Sin embargo, luego debe ser controlado o cuantificado, para que no se pierda información por la deriva espontánea de los skyrmions. En lugar de, las partículas magnéticas tridimensionales recién descubiertas ofrecen oportunidades para codificar datos digitales directamente como una secuencia de skyrmions y bobinas magnéticas, que pueden fluir libremente sin necesidad de mantener distancias precisas entre los sucesivos portadores de bits de datos.

Se requiere más investigación para desarrollar aplicaciones prácticas. En la aleación de hierro-germanio estudiada por Nikolai Kiselev y sus colegas, las estructuras solo son estables hasta 200 Kelvin, que corresponde a -73,5 grados Celsius. Sin embargo, basado en consideraciones teóricas, Se predice que las bobinas magnéticas también pueden ocurrir en otros imanes quirales y, como algunas especies de skyrmions recientemente descubiertas, también puede existir a temperatura ambiente.