Los posibles dispositivos de almacenamiento de datos digitales se basan principalmente en nuevos fenómenos magnéticos fundamentales. Cuanto mejor comprendamos estos fenómenos, Cuanto mejores y más eficientes energéticamente sean los chips de memoria y los discos duros que podamos construir. Los físicos de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) han completado el trabajo fundamental esencial para los dispositivos de almacenamiento futuros:utilizando un enfoque creativo para dar forma a películas delgadas magnéticas en arquitecturas curvas, validaron la presencia de respuestas quirales en un material magnético de uso común. Esto facilita la creación de sistemas magnéticos con las propiedades deseadas que se basan en transformaciones geométricas simples. El equipo ha presentado ahora su trabajo en la revista. Cartas de revisión física .

Todos sabemos que nuestra mano izquierda es diferente de la derecha:un guante izquierdo no se ajusta a su mano derecha y viceversa. Los científicos usan el término "quiralidad" para describir objetos que no se alinean con su imagen especular. Farmacia, en particular, están familiarizados con esta propiedad en las moléculas, como en el ácido láctico de rotación izquierda y derecha. Los seres humanos metabolizan la variante que gira a la derecha más fácilmente que su "imagen especular".

Se sabe que tales efectos quirales ocurren en materiales magnéticos, donde las texturas magnéticas también tienen propiedades quirales:la disposición de momentos magnéticos individuales dentro del material, o, hablando en sentido figurado, la alineación de las pequeñas "agujas de la brújula" que forman un imán, podría formar alineaciones para diestros y zurdos. Bajo ciertas condiciones, algunas texturas se comportan como una imagen y una imagen especular; una textura para zurdos no puede ser congruente con su versión para diestros.

El aspecto interesante aquí es que "las dos texturas pueden presentar diferentes comportamientos magnéticos, "como señala el físico de HZDR Dr. Denys Makarov." En pocas palabras:una textura para diestros puede ser más energéticamente preferible que una textura para zurdos. Dado que los sistemas en la naturaleza tienden a asumir su estado energético más bajo posible, se prefiere el estado diestro ". Estos efectos quirales son una gran promesa tecnológica. Entre otras cosas, podrían ser útiles en el futuro desarrollo de componentes electrónicos de alta eficiencia energética, como sensores, interruptores y dispositivos de almacenamiento no volátiles.

Arquitecturas curvas magnéticas

"Los helimagnetos son materiales con propiedades magnéticas quirales bien definidas, debido a la falta de simetría magnética interna, "explica el autor principal del artículo, Dr. Oleksii Volkov del Instituto de Física de Rayos de Iones e Investigación de Materiales de HZDR. "A pesar de que se conocen desde hace mucho tiempo, se trata de materiales bastante exóticos que son difíciles de producir. Es más, los helimagnetos suelen exhibir sus propiedades quirales únicas a bajas temperaturas ". Es por eso que el equipo de Makarov eligió un camino diferente. Usaron un material magnético común, aleación de hierro-níquel (conocida como Permalloy), para construir objetos curvos como tiras en forma de parábola. Usando litografía, formaron varias tiras parabólicas de varios micrómetros a partir de láminas delgadas de Permalloy.

Luego, los físicos expusieron las muestras a un campo magnético, orientando así los momentos magnéticos en la parábola a lo largo de este campo magnético. Luego exploraron experimentalmente la inversión de magnetización utilizando un método de análisis altamente sensible en el sincrotrón de HZB. El equipo pudo demostrar que los momentos magnéticos en la tira parabólica permanecieron en su dirección original hasta que se aplicó un campo magnético inverso de cierto valor crítico.

Efecto sorprendentemente fuerte

Esta respuesta retardada se debe a los efectos quirales provocados por la curvatura en el área del vértice de las tiras de parábola. "Los teóricos han predicho este comportamiento inusual durante algún tiempo, pero en realidad se consideró más un truco teórico, "explica el Dr. Florian Kronast de Helmholtz-Zentrum Berlin." Pero ahora hemos demostrado que este truco realmente funciona en la práctica. Detectamos una respuesta quiral magnética en un material ferromagnético blando convencional, simplemente a través de la curvatura geométrica de las tiras que usamos ".

En el proceso, el equipo se enfrentó a dos sorpresas más:por un lado, el efecto fue notablemente fuerte, lo que significa que podría usarse para influir en las respuestas magnetoeléctricas de los materiales. Por otra parte, el efecto se detectó en un objeto relativamente grande:parábolas del tamaño de un micrómetro que se pueden producir mediante litografía convencional. Previamente, los expertos habían asumido que estos efectos quirales inducidos por la curvatura solo podían observarse en objetos magnéticos con dimensiones de aproximadamente una docena de nanómetros.

"En términos de posibles aplicaciones, Esperamos nuevos interruptores magnéticos y dispositivos de almacenamiento de datos que utilicen propiedades quirales inducidas geométricamente, "Makarov enfatiza. Hay conceptos que visualizan el almacenamiento de datos digitales en el futuro en ciertos objetos magnéticos, los llamados muros de dominio quirales o skyrmions. El descubrimiento reciente podría ayudar a producir tales objetos con bastante facilidad, a temperatura ambiente, y el uso de materiales comunes. Además, el efecto recién descubierto también allana el camino para la novedad, Sensores de campo magnético de alta sensibilidad.