Los skyrmions magnéticos son entidades diminutas, manifestándose en materiales magnéticos que consisten en giros localizados en la dirección de magnetización del medio. Cada skyrmion es altamente estable porque eliminarlo requiere desenroscar la dirección de magnetización del material, al igual que un nudo en una cuerda solo se puede desatar tirando del resto de la cuerda fuera del nudo. Los skyrmions magnéticos son un candidato prometedor para los dispositivos de almacenamiento magnético de próxima generación debido a su estabilidad y pequeño tamaño, con anchos de 50 nanómetros o menos. ocupan solo una fracción del área de bits magnéticos en los discos duros actuales. Por esta razón, Los investigadores han estado buscando intensamente materiales que puedan contener skyrmions magnéticos, y estudiar sus propiedades eléctricas y magnéticas.

Recientemente, Un equipo de científicos en Singapur e Israel ha anunciado un avance importante en la comprensión del comportamiento de los skyrmions magnéticos. Han mostrado, por primera vez, que la presencia de skyrmions magnéticos está inequívocamente vinculada a un fenómeno conocido como efecto Hall topológico, que describe cómo las corrientes eléctricas son desviadas por un campo magnético emergente de un skyrmion. El trabajo fue publicado en marzo de 2019 en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

El equipo estudió un nanomaterial sintético optimizado para alojar skyrmions magnéticos, compuesto por capas consecutivas de iridio, planchar, cobalto, y platino, cada uno con un espesor de un nanómetro o menos. En 2017, el mismo nanomaterial había proporcionado la evidencia más temprana del efecto Hall topológico a temperatura ambiente, observado por el grupo de investigación de Christos Panagopoulos en la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), quien también dirigió el presente trabajo. El profesor Panagopoulos y sus colaboradores demostraron que la resistividad Hall del nanomaterial —la relación entre el voltaje transversal y la corriente eléctrica en presencia de un campo magnético— contenía anomalías que eran difíciles de explicar excepto por el efecto de los skyrmions magnéticos.

"Lo interesante de la forma en que los skyrmions influyen en la resistividad de Hall es que depende de cómo se tuerza la magnetización alrededor de cada skyrmion, "explica Panagopoulos." Matemáticamente, tales giros se denominan características 'topológicas', razón por la cual el fenómeno físico se conoce como el 'efecto Hall topológico' ".

Sin embargo, algunos aspectos de los experimentos de 2017 siguieron siendo difíciles de explicar. Los datos parecían indicar que las anomalías en la resistividad Hall eran 100 veces más grandes que las predicciones teóricas basadas en el efecto Hall topológico. Para establecer una conexión definida, las mediciones eléctricas debían combinarse cuidadosamente con observaciones directas de skyrmions magnéticos. Para lograr esto, el grupo Panagopoulos colaboró ​​con el laboratorio de Ophir Auslaender en Technion, el Instituto de Tecnología de Israel. Usando un microscopio de fuerza magnética de baja temperatura de última generación, el grupo Auslaender obtuvo imágenes de alta precisión de los skyrmions en el nanomaterial. Notablemente, encontraron que ciertos patrones de magnetización "parecidos a gusanos" estaban formados por múltiples skyrmions unidos.

Combinando mediciones de Hall eléctricas e imágenes magnéticas, la colaboración logró reducir significativamente la discrepancia entre la teoría y el experimento. "Lo primero que nos dimos cuenta fue que el número de skyrmions magnéticos había sido subestimado por un factor de diez, "dice M. Raju, un investigador en NTU que es uno de los autores principales del estudio. "Cavar más profundo, pudimos demostrar que el número de skyrmions magnéticos es directamente proporcional a la resistividad de Hall topológica. Esto proporciona evidencia concluyente de que los skyrmions son responsables, no algún otro fenómeno desconocido ".

A pesar de este avance, El profesor Panagopoulos señala que la resistividad de Hall topológica sigue siendo más alta de lo que predice la teoría, y sugiere que la discrepancia restante puede ser una cuestión de limitaciones teóricas. "El concepto de efecto Hall topológico se basa en suposiciones, como la adiabaticidad, que son teóricamente convenientes pero que pueden no ser precisos para materiales reales, ", señala." Con la ayuda de estos métodos experimentales mejorados, estamos construyendo una comprensión más sofisticada de cómo las cargas eléctricas interactúan con el espín magnético en estos materiales importantes y tecnológicamente prometedores ".