Físicos en la búsqueda de una textura de espín magnético raramente vista han descubierto otro objeto que lleva sus señas de identidad, escondido en la estructura de películas magnéticas ultrafinas, que han llamado un cristal de espín inconmensurable.

Un equipo de la Universidad de Warwick informa los hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza , lo que podría ofrecer nuevas posibilidades para tecnologías como la memoria y el almacenamiento de computadoras.

Los investigadores inicialmente se propusieron encontrar un skyrmion, una textura de espín magnético giratorio que se teorizó que existe en materiales magnéticos particulares y que son de gran interés para los físicos debido a sus propiedades únicas y al potencial para una nueva generación de almacenamiento de datos energéticamente eficiente. Para encontrarlos los científicos buscan un comportamiento anormal del efecto Hall; esto hace que los electrones que se mueven a través de un material conductor se comporten de manera diferente, medido como resistividad.

Para inducir este efecto, el equipo creó muestras combinando una película extremadamente delgada de un material ferroeléctrico, titanato de plomo, con otra fina película de ferromagnet, rutanato de estroncio. Estas capas son atómicamente planas, de cinco a seis celdas unitarias (3 nanómetros) de grosor.

La capa ferroeléctrica induce un campo eléctrico que deforma la estructura atómica del ferromagnético, rompiendo su simetría. Usando microscopía electrónica de precisión atómica, midieron esta simetría rompiendo, y también pudieron medir por separado la resistividad eléctrica del material y confirmaron la presencia de características similares al efecto Hall topológico, como se esperaría de un skyrmion.

Luego, los investigadores utilizaron microscopía de fuerza magnética para examinar la topología de la estructura atómica del material, que formaba una celosía basada en rectángulos, no hexágonos, como era de esperar. Dentro de esta red hay dominios magnéticos donde los skyrmions se encontrarían como individuos, partículas aisladas. En lugar de, estos dominios se formaron más como cuentas en una cuerda o collar, con cuentas que nunca forman un círculo perfecto.

Autor principal Sam Seddon, un doctorado estudiante del Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo:"Una vez que haya examinado cuidadosamente las imágenes, te das cuenta, actualmente, esto no se presenta como un skyrmion en absoluto.

"Un skyrmion causa su propio efecto Hall complicado y cuando se observan efectos de aspecto similar, a menudo se trata como una firma del skyrmion. Hemos encontrado una estructura de dominio muy ordenada, tal como se formaría una celosía skyrmion, sin embargo, son simplemente quirales y no están topológicamente protegidos. Lo que esto muestra con la evidencia de imágenes en el espacio real es que no se necesita un dominio topológico para causar un efecto Hall de este tipo ".

Los materiales ferroeléctricos y ferromagnéticos son importantes para tecnologías como la memoria y el almacenamiento de computadoras. Por ejemplo, materiales muy similares al titanato de plomo se utilizan a menudo para la memoria de la computadora en los sistemas electrónicos de los automóviles, debido a su robustez y capacidad para operar a temperaturas extremas.

El coautor, el profesor Marin Alexe de la Universidad de Warwick, dijo:"Hay interés en este tipo de interfaces entre materiales ferroeléctricos y ferromagnéticos, como para nuevos tipos de memoria de computadora. Debido a que la polarización ferroeléctrica se puede cambiar de forma permanente, esto modifica un efecto cuántico en un ferromagnet y eso podría darnos una dirección para los materiales de las próximas computadoras cuánticas. Estos necesitarán materiales estables que funcionen a temperaturas extremas, son de bajo consumo de energía, y puede almacenar información durante mucho tiempo, así que todos los ingredientes están aquí.

"La topología es la traducción de ciertos conceptos matemáticos a la vida real y ahora está en el centro de los nuevos descubrimientos en física. En la Universidad de Warwick contamos con una infraestructura extraordinaria y avanzada que nos permite abordar un problema desde el punto de vista teórico, a mirar la estructura atómica, hasta examinar las propiedades funcionales a temperaturas y campos extremos, especialmente campos magnéticos. Podemos ofrecer bases para que los ingenieros desarrollen nuevas tecnologías ".