Las nano-redes tridimensionales (3D) prometen una nueva era en la física moderna del estado sólido con numerosas aplicaciones en fotónica, biomedicina, y espintrónica. La realización de nanoarquitecturas magnéticas 3D podría permitir dispositivos de almacenamiento de datos ultrarrápidos y de bajo consumo energético. Debido a las interacciones magnéticas que compiten en estos sistemas, Pueden surgir cargas magnéticas o monopolos magnéticos, que se puede utilizar como móvil, portadores de información binaria. Investigadores de la Universidad de Viena han diseñado ahora la primera red de hielo de espín artificial 3D que aloja cargas magnéticas no ligadas. Los resultados publicados en la revista Materiales computacionales npj presentar una primera demostración teórica de que, en la nueva celosía, los monopolos magnéticos son estables a temperatura ambiente y pueden ser dirigidos bajo demanda por campos magnéticos externos.

Los monopolos magnéticos emergentes se observan en una clase de materiales magnéticos llamados hielos de espín. Sin embargo, las escalas atómicas y las bajas temperaturas requeridas para su estabilidad limitan su controlabilidad. Esto condujo al desarrollo de hielo de espín artificial 2D, donde los momentos atómicos individuales son reemplazados por nano-islas magnéticas dispuestas en diferentes celosías. La ampliación permitió el estudio de monopolos magnéticos emergentes en plataformas más accesibles. Invertir la orientación magnética de nano-islas específicas propaga los monopolos un vértice más, dejando un rastro atrás. Este rastro, conocido como Dirac Strings, almacena necesariamente energía y unen los monopolos, limitando su movilidad.

Investigadores de Sabri Koraltan y Florian Slanovc, y dirigido por Dieter Suess en la Universidad de Viena, ahora han diseñado una primera red de hielo de espín artificial 3D que combina las ventajas de los hielos de espín artificial tanto atómico como 2D.

En cooperación con el grupo de Nanomagnetismo y Magnónica de la Universidad de Viena, y División Teórica del Laboratorio de Los Alamos, ESTADOS UNIDOS, Los beneficios de la nueva celosía se estudian mediante simulaciones micromagnéticas. Aquí, nano-islas planas 2D son reemplazadas por elipsoides rotacionales magnéticos, y se utiliza una celosía tridimensional de alta simetría. "Debido a la degeneración del estado fundamental, la tensión de las cuerdas de Dirac desaparece desatando los monopolos magnéticos, "comenta Sabri Koraltan, uno de los primeros autores del estudio. Los investigadores llevaron el estudio al siguiente paso, donde en sus simulaciones se propagó un monopolo magnético a través de la red aplicando campos magnéticos externos, demostrando su aplicación como portadores de información en una nano-red magnética 3D.

Sabri Koraltan agrega "Hacemos uso de la tercera dimensión y alta simetría en la nueva celosía para desvincular los monopolos magnéticos, y muévelos en las direcciones deseadas, casi como verdaderos electrones ". El otro primer autor, Florian Slanovc, concluye, "La estabilidad térmica de los monopolos alrededor de la temperatura ambiente y superiores podría sentar las bases para una nueva generación innovadora de tecnologías de almacenamiento 3D".

El estudio fue publicado en Materiales computacionales npj .