Es un fenómeno familiar:si una peonza se golpea o se coloca en rotación sobre una superficie inclinada, por lo general, no se mueve en línea recta, sino que escribe una serie de pequeños arcos. Investigadores de la Technische Universität Berlin y la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU), junto con equipos de investigación de los Países Bajos y Suiza, han logrado capturar y registrar este patrón de movimiento en un sistema de película delgada magnética, en forma de pequeños nanovórtices magnéticos. Al hacerlo, los investigadores hicieron un nuevo descubrimiento:los nanovórtices poseen masa. El artículo será publicado en la reconocida revista científica. Física de la naturaleza .

"Con la ayuda de campos magnéticos, podemos crear selectivamente los nanovórtices magnéticos, luego dales un empujón para que se desvíen de su posición de equilibrio ", explica el Dr. Felix Büttner, quien realizó esta investigación como su Ph.D. proyecto. "Entonces pudimos rastrear con mucha precisión cómo estos skyrmions, como se llaman estos nanovórtices especiales, volver a su posición de descanso ", Büttner explica más. Los vórtices se forman en un sistema magnético de multicapas de película fina, donde las capas alternas compuestas por una aleación de cobalto-boro y platino se apilan unas sobre otras. Cada capa individual tiene menos de un nanómetro de espesor. Esta disposición permite a los investigadores adaptar muy específicamente las propiedades magnéticas del sistema, permitiendo que los skyrmions existan. El diámetro de estos vórtices magnéticos no supera los 100 nanómetros. Eso es aproximadamente 1/1000 del diámetro de un cabello humano.

Las técnicas especiales permitieron a los investigadores rastrear los movimientos de los skyrmions con una precisión mejor que unos pocos nanómetros en pasos de tiempo individuales con menos de un nanosegundo de diferencia. Esto fue facilitado por técnicas de grabación holográfica que utilizan intensos pulsos de rayos X de la fuente de sincrotrón BESSY II en Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Estas técnicas de grabación holográfica han sido desarrolladas y mejoradas por el grupo de investigación "Óptica nanométrica y dispersión de rayos X" de TU Berlín junto con HZB durante varios años. un esfuerzo conjunto dirigido por el Prof. Stefan Eisebitt de TU Berlin.

Lo que Büttner y sus colaboradores observaron en los hologramas de rayos X fue notable:"Similar a golpear una peonza, el nanovórtice no se mueve en línea recta, sino a lo largo de una trayectoria en espiral ", explica Büttner. "Al comparar nuestras medidas con los cálculos del modelo, pudimos determinar que este movimiento en forma de espiral sólo puede explicarse si el skyrmion tiene masa ".

Este es un descubrimiento importante, dado que los nanovórtices observados aquí representan solo un tipo especial de skyrmions que se encuentran en la naturaleza. "En el pasado, los skyrmions se describían a menudo como sin masa ", explica Christoforos Moutafis del Instituto Paul Scherrer, quien ha estado involucrado durante mucho tiempo en la descripción teórica de este tipo de estructuras. Ahora, la aplicación del concepto de masa a tales partículas, según lo establecido por este trabajo, también contribuirá a la comprensión de otros tipos de skyrmions, como señalan los investigadores en la reconocida revista científica Física de la naturaleza .

También podría haber aplicaciones tangibles para estos nanovórtices magnéticos dentro de capas magnéticas delgadas; ya se están discutiendo hoy como un medio de información alternativo en el procesamiento y almacenamiento de datos. Los investigadores sospechan que debido a su "propiedad skyrmion", estos bits (unidades de información) pueden almacenarse de forma más densa y transferirse de forma más fiable que en la actualidad. Los nuevos conocimientos sobre el comportamiento de skyrmion podrían contribuir a la realización de este tipo de conceptos novedosos para el procesamiento de la información.