En un experimento que podría ayudar al desarrollo de nuevos dispositivos espintrónicos con bajo consumo de energía, investigadores de RIKEN y sus colaboradores han utilizado calor y campos magnéticos para crear transformaciones entre texturas de espín (vórtices y antivórtices magnéticos conocidos como skyrmions y antiskyrmions) en un solo cristal delgado. dispositivo de placa. Es importante destacar que lo lograron a temperatura ambiente.
Los skyrmions y antiskyrmions, que son texturas que existen dentro de materiales magnéticos especiales que involucran el espín de los electrones en el material, son un área activa de investigación, ya que podrían usarse para dispositivos de memoria de próxima generación, por ejemplo, con skyrmions actuando como un "1" bit y antiskyrmions un bit "0".
En el pasado, los científicos pudieron moverlos de diversas formas y crear transformaciones entre ellos utilizando corriente eléctrica. Sin embargo, debido a que los dispositivos electrónicos actuales consumen energía eléctrica y producen calor residual, los investigadores del grupo, dirigido por Xiuzhen Yu en el Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente, decidieron ver si podían encontrar una manera de crear transformaciones utilizando gradientes de calor.
Según Yu, "como aproximadamente dos tercios de la energía producida por las centrales eléctricas, los automóviles, los incineradores y las fábricas se desperdicia en forma de calor, pensamos que sería importante intentar crear transformaciones entre skyrmions y antiskyrimions, algo que ya se ha hecho anteriormente. usando corriente eléctrica—usando calor."
Para realizar la investigación, ahora publicada en Nature Communications , los investigadores utilizaron un haz de iones enfocado, un sistema de fabricación extremadamente preciso, para crear un microdispositivo a partir del imán monocristalino (Fe0,63). Ni0,3 Pd0,07 )3 P, compuesto de átomos de hierro, níquel, paladio y fósforo, y luego utilizó la microscopía de barrido de Lorentz, un método avanzado para examinar las propiedades magnéticas de los materiales a escalas muy pequeñas.
Lo que encontraron es que cuando se aplicó un gradiente de temperatura al cristal simultáneamente con un campo magnético, a temperatura ambiente, los antiskyrmions dentro de él se transformaron primero en burbujas no topológicas (una especie de estado de transición entre skyrmions y antiskyrmions) y luego en skyrmions. , a medida que aumentaba el gradiente de temperatura. Luego permanecieron en una configuración estable como skyrmions incluso cuando se eliminó el gradiente térmico.
Este fue un hallazgo consistente con las expectativas teóricas, pero un segundo hallazgo sorprendió al grupo. Según Fehmi Sami Yasin, investigador postdoctoral del grupo de Yu, "nos sorprendió descubrir también que cuando no se aplicaba el campo magnético, el gradiente térmico conducía a una transformación de skyrmions a antiskyrmions, que también permanecían estables dentro del material".
"Lo que es muy interesante acerca de esto", continúa, "es que esto significa que podríamos usar un gradiente térmico (básicamente usando calor residual) para impulsar una transformación entre skyrmions y antiskyrmions, dependiendo de si se aplica o no un campo magnético. Es particularmente significativo que hayamos podido hacer esto a temperatura ambiente. Esto podría abrir el camino a un nuevo tipo de dispositivos de almacenamiento de información, como los dispositivos de memoria no volátiles que utilizan calor residual".
Según Yu, "Estamos muy entusiasmados con su hallazgo y planeamos continuar nuestro trabajo para manipular skyrmions y antiskyrmions de formas nuevas y más eficientes, incluido el control térmico del movimiento antiskyrmion, con el objetivo de construir dispositivos termoespintrónicos y otros dispositivos espintrónicos reales. que podrían usarse en nuestra vida cotidiana. Para fabricar mejores dispositivos necesitamos explorar a fondo varios diseños y geometrías de dispositivos".
Más información: Fehmi Sami Yasin et al, Transformaciones de textura de espín topológico impulsadas por corriente térmica y conmutación de vector q helicoidal, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42846-7
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por RIKEN
