Un equipo internacional de investigadores ha descubierto pares de vórtice-antivórtex magnéticos que surgen de espines de electrones correlacionados en un material de tres capas recién diseñado. El descubrimiento podría hacer avanzar las células de memoria y apunta al desarrollo potencial de circuitos lógicos magnéticos tridimensionales.

Los investigadores del Centro de Investigación en Nanomateriales y Nanotecnología de la Universidad de Oviedo en España, y la Universidad de Porto en Portugal, informó sus hallazgos esta semana en Letras de física aplicada . La colaboración también incluyó un grupo de investigación en el Sincrotrón Alba de Cataluña, España.

El trabajo del equipo es parte de un campo de investigación relativamente nuevo llamado espintrónica topológica. La espintrónica explota los espines intrínsecos de los electrones y sus propiedades magnéticas resultantes en el material, así como la carga eléctrica de los electrones, para almacenar y procesar información.

La espintrónica topológica utiliza "defectos" geométricos giratorios en la topología de transporte de carga general de un material para controlar el comportamiento magnético. Defectos físicos microscópicos, como estirar, doblar y torcer, puede estar impulsando fenómenos que los investigadores buscan utilizar.

Los defectos que el equipo estudia en sus tricapas son bifurcaciones, que se crean en medio del patrón de dominio rayado. Piense en una carretera bifurcada dentro de una fila de carreteras rectas. Estas bifurcaciones hacen que los pares vórtice-antivortex se muevan juntos a lo largo de las "carreteras magnéticas", ya sea en una orientación o en la opuesta, dependiendo de sus polaridades. La parte inferior de la horquilla limita y guía la propagación de los vórtices.

El efecto se observó en tricapas magnéticas en las que una capa magnética dura, difícil de desmagnetizar, estaba intercalado entre dos capas magnéticas más suaves, con un espesor total de 160 nanómetros.

"El movimiento vórtice-antivortex requiere la interacción entre las capas magnéticas duras y blandas, así como los campos perdidos de toda la triple capa magnética, "dijo María Vélez, coautor del artículo y profesor asociado de física de la materia condensada en la Universidad de Oviedo.

La investigación de su equipo abre nuevas posibilidades en el incipiente campo de los nanomagnéticos tridimensionales, que ha evolucionado a través de descubrimientos recientes de nuevos efectos magnéticos a nivel atómico, así como avances en métodos de caracterización como en la técnica de microscopía magnética de rayos X utilizada por el grupo.

Los investigadores encontraron que los pares vórtice-antivortex en las capas magnéticas blandas exhibían un movimiento correlacionado que se extiende varios micrómetros a lo largo de las bandas magnéticas durante la inversión de magnetización. Estos efectos de largas distancias de viaje podrían aumentar la eficiencia en el control de la memoria magnética y los dispositivos lógicos. Los hallazgos se basan en microscopía de rayos X y cálculos micromagnéticos.

"La propagación de vórtice-antivortex está guiada por el patrón de dominio de banda magnética del material, no por una geometría de alambre definida por litografía. Esto implica que la dirección del movimiento se puede cambiar en cualquier momento mediante una secuencia adecuada de campos magnéticos aplicados. Esta es una clara ventaja sobre geometrías fijas como las líneas de transporte de corriente definidas litográficamente en dispositivos electrónicos convencionales. Vélez dijo. Es como si las rutas conductoras para el movimiento de vórtice en las tricapas magnéticas pudieran volver a cablearse dinámicamente.

"Además, el uso de un potencial magnético para confinar el movimiento vórtice-antivórtex es crucial para obtener largas distancias de propagación de varios micrones, evitando la aniquilación en los bordes de los cables, Vélez también dijo.

La propagación se limita a la parte superior o inferior de las superficies de la película, dependiendo de las características topológicas de la dislocación del patrón de rayas. Este efecto podría permitir el acoplamiento de circuitos magnéticos a lo largo del espesor de la muestra en dispositivos multinivel con un mayor grado de integración espacial que en los circuitos magnéticos 2-D actuales.