Los materiales magnéticos que forman estructuras helicoidales (formas enrolladas comparables a una escalera de caracol o las hebras de doble hélice de una molécula de ADN) exhiben ocasionalmente un comportamiento exótico que podría mejorar el procesamiento de la información en los discos duros y otros dispositivos digitales.

Un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Colorado está utilizando neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía (DOE) para estudiar uno de esos materiales, Fe3PO7. Aunque las estructuras helicoidales suelen estar formadas por momentos magnéticos que giran alrededor de un eje en una dirección determinada, los investigadores descubrieron que el Fe3PO7 no elige una dirección en particular y permite que se formen solo estructuras helicoidales de corto alcance. Estas estructuras pueden proporcionar nuevas capacidades tecnológicas.

"Debido a que la dirección de la hélice varía en el espacio, tiene lo que llamamos un orden parcial, lo que significa que no hay una dirección establecida para que el eje helicoidal apunte, "dijo la profesora asistente Kate Ross, quien también fue presidente del Grupo de Usuarios SNS-HFIR de ORNL.

Al determinar la estructura magnética de Fe3PO7 utilizando el instrumento de difractómetro de cuatro círculos, línea de luz HB-3A en el reactor de isótopos de alto flujo (HFIR) de ORNL, los investigadores esperan identificar los factores subyacentes que contribuyen a esta estructura magnética helicoidal inusual. Los neutrones tienen su propio "giro" (un impulso intrínseco), haciéndolos sensibles al magnetismo dentro de los materiales, lo que significa que son la herramienta ideal para la tarea.

La pequeña muestra de cristal del equipo es antiferromagnética, lo que significa que cada giro en la red atómica intenta mirar en la dirección opuesta a su giro vecino. Sin embargo, Fe3PO7 forma una celosía basada en unidades triangulares que imposibilita esta disposición, resultando en un punto muerto atómico llamado "frustración". Estas cualidades clave pueden informar la investigación del equipo de la estructura magnética no convencional.

"Creemos que existe una posibilidad interesante que podría explicar el orden helicoidal parcial de este material y las correlaciones de corto alcance, Ambos son inusuales de ver en un material de estado sólido, "Dijo Ross.

Este fenómeno podría ser causado por regiones retorcidas de magnetización llamadas "skyrmions" que interrumpen los patrones de giro magnético. Según Ross, estos antiferromagnéticos, Los defectos "parecidos a los erizos" podrían hacer avanzar el campo de la espintrónica, que implica manipular el espín de electrones para mejorar el almacenamiento de información magnética y otras aplicaciones.

Después de analizar sus datos, Los investigadores planean realizar estudios adicionales centrados en la dinámica del Fe3PO7 para confirmar este escenario.

Ross ha estudiado el magnetismo frustrado desde sus años de licenciatura, y el tema sigue fascinando e inspirándola hoy. Ella describe a su equipo como exploradores en busca de interesantes fases magnéticas que a menudo llegan a conclusiones inesperadas.

"Eso es lo que realmente me mantiene interesado en hacer este tipo de proyectos, ", dijo." Puedes dirigirte en una dirección basada en una buena idea y luego ser desviado para aprender algo completamente diferente ".