Como baristas que crean hermosas espirales de espuma cremosa en las cálidas superficies de los cafés con leche, Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) han encontrado una manera de controlar la creación de superficies texturizadas especiales en materiales ordenados magnéticamente.

Mientras un barista gira la leche físicamente para generar espuma para un café con leche, Los investigadores de Argonne investigaron regiones novedosas que involucran espines magnéticos. Estas regiones, conocidos como skyrmions o antiskyrmions, no tienen carga eléctrica neta, pero tienen lo que los científicos llaman una "carga topológica, "lo que significa que se pueden utilizar para almacenar información.

"La gente ha creado skyrmions antes, "dijo Amanda Petford-Long, miembro distinguida de Argonne, un autor del estudio. "Pero toda la investigación que se ha realizado hasta la fecha involucró su formación espontánea. Lo nuevo es que ahora podemos controlar dónde ocurren en un material".

Para crear sus skyrmions y antiskyrmions, los investigadores utilizaron un haz de iones enfocado, que esencialmente bombardeó la superficie de capas de platino y cobalto con iones de galio. "Casi puedes pensar en ello como un chef usando una antorcha brulee, pero en lugar de usar calor usamos otro material, "dijo el científico de materiales de Argonne Charudatta Phatak, un autor principal del estudio.

La forma en que los investigadores decidieron mover el haz de iones en la superficie influyó dramáticamente en los tipos de estructuras que resultaron. Primero, probaron un método conocido como "escaneo ráster, "que implicó mover el rayo hacia adelante y hacia atrás vertical u horizontalmente. Esto no pudo producir los skyrmions o antiskyrmions deseados.

Finalmente, el equipo tuvo la idea de mover la viga en espiral, ya sea comenzando desde el centro y trabajando hacia afuera o desde los bordes y moviéndose hacia el centro. En el primer caso, esto produjo un skyrmion muy bien definido; en el segundo caso, los investigadores encontraron que la espiral hacia adentro producía un antiskyrmion. "A lo mejor de nuestro conocimiento, esta es la primera vez que se ha realizado un antiskyrmion artificial mediante un experimento, "Dijo Phatak.

Debido a que este método crea skyrmions y antiskyrmions que están fijos en su posición, La investigación futura podría utilizar este avance para crear una especie de "máquina de pinball" para los electrones que utilizaría los espines magnéticos impresos en las regiones de skyrmion para dirigir el movimiento de los electrones.

"Lo que es realmente emocionante es la capacidad de estudiar las interacciones de estas estructuras, ", Dijo Petford-Long." Nuestra investigación abre muchas posibilidades nuevas para explorar nueva física fundamental, porque el uso del haz de iones nos permite hacer skyrmions y estructuras similares a skyrmion con varios tamaños que van desde nanómetros a micrones ".

Un artículo basado en el estudio, "Creación de skyrmions y antiskyrmions artificiales por ingeniería de anisotropía, " apareció en Informes científicos el 10 de agosto 2016.