Las mediciones en el Centro Australiano de Dispersión de Neutrones han ayudado a aclarar la disposición de los vórtices magnéticos, conocido como skyrmions, en siliciuro de manganeso (MnSi).

Un skyrmion es el cambio más pequeño posible en un imán uniforme:una región puntual de magnetización inversa, rodeado por un giro giratorio de giros.

La configuración magnética está atrayendo la atención como un potencial portador de datos en los dispositivos de memoria de próxima generación.

Un grupo de investigadores del Centro RIKEN de Ciencia de la Materia Emergente en Japón ha descubierto que un campo magnético se puede usar para cambiar un grupo de skyrmions hacia adelante y hacia atrás entre dos arreglos de celosía diferentes, demostrando el tipo de control necesario para dispositivos de memoria avanzados.

El estudio ha sido publicado en Avances de la ciencia .

Los átomos de ciertos materiales llevan su propio magnetismo intrínseco, con cada átomo actuando como un imán de barra. Cuando estos imanes en miniatura se barren en pequeños patrones de remolinos, forman colectivamente skyrmions que se comportan como partículas discretas.

Solo se forma en imanes en los que la interacción de espines prefiere una estructura magnética con simetría quiral, como un giro que sea para zurdos o diestros.

Siendo circular, Los skyrmions generalmente se empaquetan juntos en una celosía triangular.

Taro Nakajima e Hiroshi Oike de RIKEN y sus colegas estudiaron cómo esta red de skyrmion puede manipularse en siliciuro de manganeso.

Generalmente, Las celosías de skyrmion aparecen en este material solo dentro de un rango estrecho de temperaturas y campos magnéticos. "Eso hace que las celosías sean demasiado frágiles para reorganizarlas, "dijo Nakajima.

El equipo investigó una red de skyrmion más robusta aplicando pulsos eléctricos al material a 12,5 kelvin (K) y un campo magnético de 0,2 tesla (T).

Los pulsos calentaron rápidamente el material, provocando la formación de skyrmions en una ventana de estabilidad entre 27 y 29 K.

La muestra se enfrió rápidamente, encerrando a los skyrmions en una red triangular que era estable en un rango mucho más amplio de temperaturas y campos magnéticos.

Luego, los investigadores enfriaron la muestra a 1,5 K y utilizaron la dispersión de neutrones de ángulo pequeño (SANS) en el instrumento QUOKKA para comprender cómo cambiaba la red de skyrmion bajo diferentes campos magnéticos.

En campos magnéticos por debajo de 0,1 T, la red se reorganizó en un patrón cuadrado que era estable solo dentro de un rango relativamente limitado de temperaturas y campos magnéticos muy bajos. Elevar el campo a 0,2 T resucitó la celosía triangular.

"En QUOKKA fue posible medir los cambios en la red de skyrmion in situ cuando se aplicó una corriente eléctrica bajo diferentes campos magnéticos, "dijo el científico de instrumentos, el Dr. Elliot Gilbert, y coautor de la publicación.

Aunque SANS no ve las propiedades de partículas de los skyrmions directamente, los patrones pueden interpretarse para proporcionar información sobre el empaquetamiento de las partículas.

Los investigadores sugieren que estas transiciones de celosía están influenciadas por irregularidades, o anisotropía, en el magnetismo subyacente de los átomos de manganeso en el material.

A bajas temperaturas y campos magnéticos, esta anisotropía permite que los skyrmions se superpongan parcialmente, acercándose para adoptar una disposición de celosía cuadrada.

Este efecto bien podría ocurrir en otros materiales, según el equipo de investigación.

"Nuestros experimentos revelaron que los skyrmions sí tienen una naturaleza de partículas en cristales a granel, "dice Nakajima.

"Se espera que sean aplicables para futuros dispositivos de memoria magnética en los que cada partícula de skyrmion se comporta como un portador de información".