Los Skyrmions, diminutos vórtices magnéticos, se consideran candidatos prometedores para los dispositivos de memoria de información del mañana que pueden lograr enormes capacidades de almacenamiento y procesamiento de datos. Un equipo de investigación dirigido por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ha desarrollado un método para cultivar un material de película delgada magnética particular que alberga estos vórtices magnéticos. Un aspecto central de este nuevo método es el calentamiento brusco del material con cortos, destellos de luz muy brillantes, como equipo internacional, compuesto por científicos de HZDR, el Instituto Leibniz de Investigación de Materiales y Estado Sólido de Dresde, TU Dresde (TUD), y socios chinos, describe en la revista Materiales funcionales avanzados .

En 2009, un equipo de investigación había hecho un descubrimiento notable:encontraron que se pueden formar pequeños vórtices magnéticos en un material llamado siliciuro de manganeso, una aleación de manganeso y silicio. Desde entonces, estos skyrmions, nombrado en honor al físico británico Tony Skyrme, han sido considerados candidatos prometedores para futuros dispositivos de almacenamiento magnético. Pueden formarse y borrarse fácilmente de las superficies y no miden más de unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro), lo que los hace mucho más pequeños que los bits magnéticos de los discos duros actuales que miden unos 50 nanómetros.

"Además, Los skyrmions se pueden apuntar mejor con electricidad que con campos magnéticos, como se hace con los discos duros actuales, "explica el Dr. Shengqiang Zhou, físico del Instituto de Investigación de Materiales y Física de Rayos de Iones de HZDR. "Apuntar con una corriente eléctrica nos permite lograr una mejor escalabilidad, lo que podría permitirnos construir dispositivos de almacenamiento mucho más densos y rápidos en el futuro ". Pero todavía hay algunos obstáculos que superar en el camino. Entre otras cosas, El silicio y el manganeso presentan una propiedad desfavorable cuando forman cristales de siliciuro de manganeso:en lugar de producir constantemente uno específico, fase bien definida, los dos elementos pueden formar muchas fases cristalinas diferentes. Películas delgadas de una aleación de Mn-Si, conocida como la fase B20, son particularmente adecuados para la formación de skyrmions.

Fases de cristal indeseables

Producir esta aleación es todo menos fácil, aunque, porque otra fase cristalina indeseable, llamado MnSi1.7, se forma inevitablemente durante el proceso de producción, Impedir o prevenir la formación de skyrmions. Específicamente, Las temperaturas más bajas y el enfriamiento más lento del material favorecen al MnSi1.7. El equipo de Shengqiang Zhou ahora ha desarrollado un método que evita su formación, dejando solo capas delgadas de B20-MnSi impecable.

El elemento central del nuevo proceso es un tratamiento térmico especial. "Es un poco como hacer un panqueque, "Zhou explica." Sabe mejor cuando está crujiente por fuera y lo más suave posible por dentro ". Cuando viertes la masa en una sartén caliente, se hornea tan rápido que el interior se mantiene suave y agradable. Cuando hornee la masa en el horno, sin embargo, se calienta mucho más uniformemente y se endurece por completo, y se obtiene un panqueque bastante mediocre.

Calentamiento con flashes

Así que los expertos utilizaron esta estrategia de panqueques de calentamiento intenso como modelo. "Cuando calentamos una película fina de manganeso colocada sobre una oblea de silicio muy brevemente, introducimos muy poca energía en el material, "Zhou explica su razón de ser." Esto significa que se enfriará rápido, tan rápido, De hecho, que el MnSi1.7 no deseado no tendrá tiempo de formarse ". El desafío es cómo calentar algo rápida y vigorosamente al mismo tiempo. El grupo de investigación encontró la solución en brillantes, intensos destellos de luz blanca.

Estos flashes se pueden generar en el "BlitzLab, "un laboratorio de innovación de Helmholtz ubicado en el campus de Rossendorf. Varias series de mediciones confirmaron la suposición:" Al variar la potencia de los flashes, pudimos ajustar la relación de las diferentes fases cristalinas con gran precisión, "informa Shengqiang Zhou." Cuando aplicamos poderes relativamente fuertes, como esperábamos se formaron películas delgadas de B20-MnSi puro ".

Como resultado, los skyrmions que se pueden generar en estas capas ahora son estables en un rango de temperatura y campo magnético mucho más amplio que el observado anteriormente en este material. Es poco probable que el propio siliciuro de manganeso sea adecuado para un uso práctico, ya que solo funciona a temperaturas muy bajas. Pero podría servir como un modelo importante para otros materiales más practicables. "Muchas aleaciones plantean el problema de que tienen diferentes fases, ", Explica Zhou." Y nuestro enfoque podría ayudar a separar estas fases en el futuro ".