Usando sensores cuánticos a nanoescala, un equipo de investigación internacional ha logrado explorar ciertas propiedades físicas previamente desconocidas de un material antiferromagnético. Según sus resultados, los investigadores desarrollaron un concepto para un nuevo medio de almacenamiento publicado en la revista Física de la naturaleza . El proyecto fue coordinado por investigadores del Departamento de Física y el Instituto Suizo de Nanociencia de la Universidad de Basilea.

Los antiferromagnetos constituyen el 90% de todos los materiales ordenados magnéticamente. A diferencia de los ferroimanes como el hierro, en el que los momentos magnéticos de los átomos están orientados paralelos entre sí, la orientación de los momentos magnéticos en los antiferromagnetos se alterna entre los átomos vecinos. Como resultado de la cancelación de los momentos magnéticos alternos, Los materiales antiferromagnéticos parecen no magnéticos y no generan un campo magnético externo.

Los antiferromagnetos son muy prometedores para aplicaciones interesantes en el procesamiento de datos, ya que la orientación de su momento magnético, en contraste con los ferroimanes usados ​​en los medios de almacenamiento convencionales, no puede ser sobrescrita accidentalmente por campos magnéticos. En años recientes, este potencial ha dado lugar al incipiente campo de investigación de la espintrónica antiferromagnética, que es el foco de numerosos grupos de investigación en todo el mundo.

Los sensores cuánticos proporcionan nuevos conocimientos

En colaboración con los grupos de investigación del Dr. Denys Makarov (Helmholtz-Zentrum en Dresde, Alemania) y el profesor Denis D. Sheka (Universidad Nacional Taras Sevchenko de Kiev, Ucrania), el equipo dirigido por el profesor Patrick Maletinsky en Basilea examinó un monocristal de óxido de cromo (III) (Cr2O3). Este monocristal es un sistema casi perfectamente ordenado, en el que los átomos están dispuestos en una red cristalina regular con muy pocos defectos. "Podemos alterar el monocristal de tal manera que creemos dos áreas (dominios) en las que el orden antiferromagnético tenga diferentes orientaciones, "explica Natascha Hedrich, autor principal del estudio.

Estos dos dominios están separados por un muro de dominios. Hasta la fecha, Los exámenes experimentales de paredes de dominio de este tipo en antiferromagnetos solo han tenido éxito en casos aislados y con detalles limitados. "Gracias a la alta sensibilidad y la excelente resolución de nuestros sensores cuánticos, pudimos demostrar experimentalmente que la pared del dominio exhibe un comportamiento similar al de una pompa de jabón, "Maletinsky explica. Como una pompa de jabón, la pared del dominio es elástica y tiende a minimizar su energía superficial. Respectivamente, su trayectoria refleja las propiedades del material antiferromagnético del cristal y se puede predecir con un alto grado de precisión, como lo confirman las simulaciones realizadas por los investigadores en Dresde.

La arquitectura de la superficie determina la trayectoria

Los investigadores aprovechan este hecho para manipular la trayectoria del muro de dominio en un proceso que tiene la clave del nuevo medio de almacenamiento propuesto. Para tal fin, El equipo de Maletinsky estructura selectivamente la superficie del cristal a nanoescala, dejando atrás pequeños cuadrados elevados. Estos cuadrados luego alteran la trayectoria de la pared del dominio en el cristal de manera controlada.

Los investigadores pueden usar la orientación de los cuadrados elevados para dirigir la pared del dominio a un lado del cuadrado o al otro. Este es el principio fundamental detrás del nuevo concepto de almacenamiento de datos:si la pared del dominio corre hacia la "derecha" de un cuadrado elevado, esto podría representar un valor de 1, mientras que tener la pared del dominio a la "izquierda" podría representar un valor de 0. A través del calentamiento localizado con un láser, la trayectoria de la pared del dominio se puede alterar repetidamente, haciendo que el medio de almacenamiento sea reutilizable.

"Próximo, planeamos ver si las paredes del dominio también se pueden mover por medio de campos eléctricos, "Maletinsky explica." Esto haría que los antiferromagnetos fueran adecuados como medio de almacenamiento que es más rápido que los sistemas ferromagnéticos convencionales, mientras consume sustancialmente menos energía ".