• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Física
    Los investigadores encuentran una nueva forma de manipular el magnetismo

    El esquema muestra cómo diferentes energías de iones de argón (Ar) que bombardean una película delgada de cobalto (Co) intercalada entre capas de platino (Pt) pueden torcer o rotar el espín de los electrones en una dirección particular, controlando un efecto conocido como la interacción Dzyaloshinskii-Moriya (DMI). Crédito:NIST

    En un esfuerzo pionero por controlar, medir y comprender el magnetismo a nivel atómico, Los investigadores que trabajan en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han descubierto un nuevo método para manipular las propiedades a nanoescala de los materiales magnéticos.

    La capacidad de controlar estas propiedades tiene aplicaciones potenciales para crear y mejorar la memoria magnética en dispositivos electrónicos de consumo, y desarrollo de un detector sensible para nanopartículas magnéticas.

    El descubrimiento se centra en una propiedad de la mecánica cuántica conocida como espín, que dota a los electrones de un minúsculo campo magnético. El espín del electrón puede apuntar en cualquiera de dos direcciones, "arriba o abajo, "al igual que el campo magnético que lo acompaña. A lo largo de los años, los científicos se han vuelto expertos en cambiar la dirección del giro, y por lo tanto, la dirección del campo magnético. Pero el nuevo hallazgo tiene un giro novedoso.

    En algunos materiales, como el cobalto, los espines de los electrones vecinos interactúan, haciendo que todos apunten en la misma dirección. Si algunos de los giros se desvían de esa dirección, tiran algunos de los giros cercanos con ellos. Esto hace que los giros experimenten un giro gradual, en sentido horario o antihorario. En algunos materiales, los giros prefieren girar en una sola dirección.

    Un equipo dirigido por el investigador del NIST Samuel Stavis y Andrew Balk, ahora en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, Encontré una manera de controlar la dirección de este giro en una película de cobalto de solo tres capas atómicas de espesor. Es más, podrían establecer esta dirección para que sea diferente en diferentes lugares en la misma película de cobalto, y hacerlo independientemente de otras propiedades magnéticas del metal.

    El equipo logró esta nueva capacidad controlando un efecto conocido como la interacción Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), que impone una dirección de giro preferida en los giros. El DMI ocurre típicamente en el límite entre una película delgada de un metal magnético y una capa de metal no magnético. Los espines de electrones en la película magnética interactúan con los átomos de la película no magnética, creando un giro preferencial.

    Controlar el DMI puede impulsar la memoria magnética, que utiliza la orientación de giro para almacenar información. Un dispositivo de memoria necesita dos estados distintos, que representa un uno o un cero, en el caso de un disco duro magnético, electrones con espín apuntando hacia arriba o hacia abajo. Para escribir datos, los diseñadores necesitan una forma predecible de pasar de una orientación de giro a la otra. Controlar la dirección y la cantidad de giro podría permitir que el giro se produzca de manera más eficiente y confiable que si el giro fuera aleatorio. Balk notes.

    El control del DMI también juega un papel clave en otro tipo de memoria magnética. Si el DMI es lo suficientemente fuerte, torcerá los giros vecinos en un patrón de vórtice circular, y potencialmente podrían crear nudos magnéticos exóticos llamados skyrmions. Estos nudos en forma de partículas pueden almacenar información, y su existencia o ausencia en una película magnética delgada podría actuar de manera muy similar a los unos y ceros de los circuitos lógicos electrónicos. Regulando el DMI, los investigadores pueden crear skyrmions, que requeriría menos energía para funcionar que otros tipos de memoria magnética, y debe poder guiar su movimiento a través de un material magnético.

    Los investigadores describen su trabajo en Physical Review Letters.

    En su experimento, los investigadores intercalaron una fina película de cobalto entre dos capas de platino, un metal no magnético. Luego bombardearon la tricapa con iones de argón, que destruyó la película de platino superior y endureció el límite superior entre platino y cobalto, dependiendo de la energía iónica. Los científicos descubrieron que cuando usaban iones de argón con mayor energía, el DMI fue negativo, torciendo los giros del cobalto en sentido antihorario, y cuando usaban iones de argón con menor energía, el DMI fue positivo, y torcería los giros en el sentido de las agujas del reloj. Cuando se expone a iones de argón de energía intermedia, el DMI fue cero, por lo que es igualmente probable que los giros giren en sentido horario o antihorario.

    Los investigadores hicieron su descubrimiento mientras ajustaban las propiedades magnéticas de una película de cobalto para desarrollar un sensor de nanopartículas magnéticas. Al hacerlo, el equipo se dio cuenta de que había encontrado una nueva forma de manipular el DMI.

    Debido a que los iones de argón con diferentes energías podrían apuntar a regiones específicas dentro del cobalto, los investigadores pudieron fabricar películas de cobalto cuyo DMI variaba a lo largo de la superficie del material.

    "Seis décadas después de que Dzyaloshinskii y Moriya descubrieron esta interacción, nuestro nuevo proceso para controlarlo espacialmente, independientemente de otras propiedades magnéticas, permitirá nuevos estudios científicos del DMI y permitirá la fabricación de nuevos dispositivos nanomagnéticos, "Dijo Balk.

    Finalmente, los científicos descubrieron que controlar el DMI de hecho hacía que la película fuera más sensible a los campos magnéticos de las nanopartículas. En una fecha posterior, el equipo planea publicar trabajos sobre la aplicación de la película como sensor de nanopartículas para los usuarios del Centro NIST de Ciencia y Tecnología a Nanoescala, donde se realizó el trabajo.

    © Ciencia https://es.scienceaq.com