Un equipo de científicos ha encontrado una nueva forma de transformar el calor ambiental en movimiento en dispositivos a nanoescala, un descubrimiento que podría abrir nuevas posibilidades para el almacenamiento de datos. sensores, nanomotores y otras aplicaciones en el cada vez más reducido mundo de la electrónica.

En un nuevo artículo publicado hoy en la revista Materiales de la naturaleza , un equipo internacional de investigadores de varios institutos, incluidos la Universidad de Glasgow y la Universidad de Exeter en el Reino Unido, así como de la ETH Zurich y el Paul Scherrer Institute en Suiza, describir cómo han creado un sistema magnético capaz de extraer energía térmica a nanoescala, utilizando el concepto de un engranaje conocido como trinquete, y convertir la energía magnética en la rotación dirigida de la magnetización.

El trinquete térmico se realizó en un material conocido como 'hielo artificial giratorio, "hecho de un conjunto de diminutos nanoimanes de Permalloy, una aleación de níquel-hierro. Los nanoimanes individuales tienen solo 470 nanómetros de largo (o aproximadamente 200 veces más pequeños que el diámetro de un cabello humano) y 170 nanómetros de ancho. con un solo dominio magnético; es decir, la magnetización solo puede apuntar en una de dos direcciones a lo largo del eje largo del imán. Después de usar un campo magnético externo para establecer la magnetización en una dirección determinada, , los investigadores observaron que la magnetización giraba en solo una de las dos direcciones posibles, sin una razón obvia por la que se deba preferir una forma sobre la otra.

Sebastián Gliga, el autor principal del estudio y becario de investigación Marie Curie en la Universidad de Glasgow, recuerda:"El sistema que hemos estudiado es un hielo giratorio artificial, una clase de materiales magnéticos geométricamente frustrados.

"Nos sorprendió ver que la geometría de las interacciones se puede adaptar para lograr un material activo que exhibe una quiralidad dinámica y, por lo tanto, actúa como un trinquete". Quiralidad significa que un objeto se ve diferente a su imagen reflejada, como nuestras manos derecha e izquierda. La quiralidad también puede ocurrir en movimiento:el ejemplo más conocido es el rattleback, una peonza en forma de barco que prefiere girar en una sola dirección.

El profesor Robert Stamps de la Universidad de Manitoba (anteriormente en la Universidad de Glasgow) señaló que son las propiedades de los bordes del ensamblaje las que determinan el comportamiento del trinquete térmico. "Sospechamos desde el principio que los límites afectarían fuertemente el orden magnético y la dinámica".

Fue esta idea y propuesta de la geometría del profesor Stamps lo que finalmente condujo al comportamiento intrigante medido por los investigadores.

El mecanismo que condujo al comportamiento observado no era obvio, sin embargo, y sólo a través del modelado numérico se hizo evidente el papel preciso de los bordes. Según el profesor Gino Hrkac, segundo autor del informe, de la Universidad de Exeter y becario de investigación de la Royal Society, "Intentamos comprender durante bastante tiempo cómo funcionaba el sistema antes de darnos cuenta de que los bordes creaban un potencial energético asimétrico". Esta asimetría se refleja en la distribución del campo magnético en los límites de la matriz de nanomagnéticos y hace que la magnetización gire en una dirección preferida.

Para visualizar la evolución del estado magnético del sistema, los científicos utilizaron rayos X y el llamado efecto dicroico circular magnético de rayos X. Las mediciones se llevaron a cabo en la fuente de luz sincrotrón Swiss Light Source en el Instituto Paul Scherrer en Suiza y en la fuente de luz avanzada, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en Estados Unidos.

Según la profesora Laura Heyderman de la ETH Zurich y el Instituto Paul Scherrer:"El hielo artificial se ha utilizado principalmente para responder a preguntas científicas, por ejemplo, en lo que respecta a la física de la frustración. Esta es una buena demostración de cómo el hielo artificial puede ser un material funcional y proporciona un paso hacia las aplicaciones ".

Estos hallazgos establecen una ruta inesperada para transformar la energía magnética en el movimiento dirigido de magnetización. El efecto que ahora se encuentra en las estructuras magnéticas bidimensionales viene con la promesa de que será de uso práctico en dispositivos a nanoescala. como nanomotores magnéticos, actuadores, o sensores. En efecto, debido a que el momento angular se conserva y el espín es un tipo de momento angular, el cambio en el momento magnético del sistema puede, en principio, inducir una rotación física del sistema (a través del efecto Einstein-de Haas). También puede encontrar aplicaciones en la memoria magnética donde los bits podrían almacenarse mediante calentamiento local con pulsos de láser.

El papel, titulado "Quiralidad dinámica emergente en un trinquete de giro artificial impulsado térmicamente, "se publica en Materiales de la naturaleza .