(Phys.org) - A fines del siglo XIX, cuando los científicos todavía estaban tratando de averiguar qué son exactamente los átomos, una de las principales teorías, propuesto por Lord Kelvin, era que los átomos son nudos de remolinos en el éter. Aunque esta idea resultó ser completamente incorrecta, marcó el comienzo de la teoría moderna del nudo, que hoy se utiliza en diversas áreas de la ciencia como la dinámica de fluidos, la estructura del ADN, y el concepto de quiralidad.

Ahora, en un nuevo artículo publicado en Cartas de revisión física , El físico matemático Paul Sutcliffe de la Universidad de Durham en el Reino Unido ha demostrado teóricamente que las nanopartículas llamadas skyrmions magnéticos pueden unirse en varios tipos de nudos con diferentes propiedades magnéticas. Él explica que, en un sentido, estos nanoknots representan una "resurrección a nanoescala del sueño de Kelvin de campos anudados".

Skyrmions es el nombre de una clase general de partículas que se forman al torcer un campo. Cuando este campo es un campo magnético, los skyrmions se llaman skyrmions magnéticos. Los skyrmions magnéticos han atraído mucha atención recientemente debido a sus posibles aplicaciones en espintrónica, donde los espines de electrones (que están relacionados con las propiedades magnéticas del electrón) se explotan en el diseño de transistores, medios de almacenamiento, y dispositivos relacionados.

Los skyrmions magnéticos se observaron experimentalmente por primera vez hace unos años, en finas láminas de materiales magnéticos, básicamente materiales bidimensionales. Al mostrar que los skyrmions magnéticos teóricamente se pueden atar en nudos, los nuevos resultados mueven estas partículas del mundo bidimensional al tridimensional.

"El punto más significativo es que estos nanoknots son estables, porque generalmente los campos evitan que se anudan al desanudarse, "Sutcliffe dijo Phys.org .

Sutcliffe demostró que los nudos skyrmion pueden caracterizarse por la carga de Hopf, que indica el número de veces que las líneas magnéticas curvas de un skyrmion están vinculadas entre sí. Mostró que los skyrmions con cargas bajas de Hopf tienden a formar anillos, mientras que aquellos con cargas Hopf más altas forman enlaces y nudos.

La investigación de Sutcliffe se centra en los skyrmions magnéticos en un tipo particular de imán llamados imanes frustrados, que ofrecen a los skyrmions un grado de libertad de rotación adicional en comparación con otros materiales magnéticos. Esta flexibilidad le da a los skyrmions el espacio adicional necesario para hacer nudos.

En el momento en que Sutcliffe estaba escribiendo su artículo, nadie había observado nunca skyrmions en imanes frustrados. Pero como testimonio del rápido ritmo de investigación en esta área, pocos días después de esta publicación, investigadores de China informaron sobre las primeras observaciones experimentales de skyrmions en un imán frustrado (arXiv:1706.05177 [cond-mat.mtrl-sci]).

Este resultado marca un paso importante hacia la realización de skyrmions magnéticos anudados, y el próximo desafío será encontrar una manera de convertir los skyrmions en nudos. Un trabajo reciente sobre skyrmions ha sugerido que estas partículas pueden controlarse mediante haces de vórtice ópticos, matrices de nanobarras ferromagnéticas, y otros métodos. Los investigadores también están desarrollando actualmente técnicas de imagen para skyrmions, que será fundamental para la identificación de estos nanoknots. Con nuevos resultados sobre skyrmions que se informan casi a diario, Sutcliffe es optimista sobre las perspectivas de crear nudos skyrmion.

"Mis planes de investigación futuros en esta área están relacionados con el estudio de la formación de estos nanoknots, para ayudar a desarrollar métodos y sugerir condiciones favorables para que los experimentadores creen y observen estas estructuras, "Dijo Sutcliffe.

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