La "presión" química de la sustitución atómica sintonizó las propiedades magnéticas de un imán bien estudiado, siliciuro de manganeso. Los átomos un poco más grandes (verde) ocuparon el lugar de algunos de los átomos de silicio en el imán, expandiendo la estructura cristalina. Se muestra la estructura de cristal expandido (a) donde el azul es silicio y el rosa es manganeso. Una pequeña cantidad de sustitución estabilizó dos fases magnéticas:los espines magnéticos en forma de sacacorchos (flechas) representan una fase magnética helicoidal (b); Los giros giratorios que crean vórtices representan una fase de celosía de skyrmion exótica (c). Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
Raro, Los pequeños vórtices que giran en la superficie de ciertos imanes podrían ofrecer una forma de reducir las demandas de energía de las computadoras. Controlar los vórtices es clave. Los científicos descubrieron que la sustitución química en un imán bien estudiado actuaba como una perilla eficaz para ajustar las propiedades magnéticas. Agregar solo unos pocos átomos un poco más grandes al imán expandió la red cristalina, o arreglo atómico. La expansión aplicó una presión "química negativa" en el sistema. La presión cambió el carácter del magnetismo y estabilizó una fase de vórtice exótica llamada celosía skyrmion.
Esta mayor comprensión de cómo crear y estabilizar skyrmions podría acercarnos a los dispositivos de memoria magnética que requieren menos corriente eléctrica para ser controlados. El trabajo también proporcionó información sobre el origen de las interacciones responsables de la formación de skyrmion.
Desde el descubrimiento de los skyrmions magnéticos, una textura de giro similar a un vórtice, topológicamente estable, en un metal magnético bien estudiado en 2009, Mucha investigación se centra en las propiedades fundamentales y el origen de esta inusual fase magnética. Los Skyrmions son relativamente grandes y sensibles a las corrientes bajas y, por lo tanto, tienen el potencial de ser dispositivos electrónicos de baja potencia.
El presente trabajo se centró en comprender las características que crean y estabilizan los skyrmions, particularmente una interacción antisimétrica que se cree que es responsable del desarrollo de la red skyrmion. Los científicos utilizaron la sustitución química con átomos un poco más grandes en sitios no magnéticos en la red cristalina para expandir la estructura. Inesperadamente a niveles relativamente bajos, la sustitución química afectó el carácter magnético y las propiedades de transporte de carga.
Los experimentos revelaron un cambio en el carácter de la estructura electrónica que se cree que es el factor determinante de la interacción antisimétrica en el corazón de la formación de skrymion. Esta investigación mostró la dramática dependencia del estado magnético del tamaño de la red cristalina y señala la oportunidad de explorar los orígenes de las interacciones antisimétricas a través de una combinación de experimentos, dispersión de neutrones, y cálculo de estructura electrónica.
