Figura 1:Esquema de las unidades estructurales de una red de un solo giroide, comenzando con un par de vértices que comparten uno de sus tres puntales y están desplazados por un ángulo de "torsión". La imagen del medio muestra cómo los pares de vértices forman una celda unitaria de giroide, y la imagen de la derecha muestra cómo las células unitarias se ensamblan en la red de giroscopios. Crédito:ⒸJustin Llandro y David Love y András Kovács
Un equipo multinacional de investigadores de la Universidad de Tohoku e instituciones del Reino Unido, Alemania y Suiza han revelado los estados magnéticos de los giroscopios a nanoescala, Nanoestructuras similares a redes quirales 3-D. Los hallazgos agregan un nuevo sistema candidato para la investigación del procesamiento de información no convencional y los fenómenos emergentes relevantes para la espintrónica.
Las matrices de nanoestructuras que interactúan ofrecen la capacidad de realizar propiedades materiales sin precedentes, ya que las interacciones pueden dar lugar a nuevas Fenómenos "emergentes". En magnetismo, tales fenómenos emergentes hasta ahora solo se han demostrado en 2-D, en hielos artificiales y cristales magnónicos. Sin embargo, progreso hacia la realización de "metamateriales magnéticos, "que podría formar la base de dispositivos espintrónicos avanzados al mostrar efectos emergentes en 3-D, se ha visto obstaculizado por dos obstáculos. La primera es la necesidad de fabricar bloques de construcción tridimensionales complejos en dimensiones menores a 100 nm (comparables a escalas de longitud magnéticas intrínsecas) y la segunda es el desafío de visualizar sus configuraciones magnéticas.
Por lo tanto, el equipo de investigación decidió estudiar los giroscopios magnéticos a nanoescala, Redes 3-D compuestas por 3 vértices conectados definidos por tríadas de puntales curvos en forma de nanocables (Figura 1). Los giroscopios han atraído mucho interés, ya que, a pesar de su complejidad, pueden autoensamblarse a partir de una combinación de polímeros cuidadosamente formulada, que se puede utilizar como molde o plantilla tridimensional para formar nanoestructuras independientes (Figura 2). A medida que los puntales se conectan para formar espirales, los giroscopios tienen una "lateralidad" o quiralidad, y su forma hace que los giroscopios magnéticos sean sistemas ideales para probar las predicciones de nuevas propiedades magnéticas que surgen de la curvatura. Las mediciones de las propiedades ópticas de los giroscopios incluso mostraron que los giroscopios pueden tener propiedades topológicas, que junto con los efectos quirales son actualmente objeto de intensos estudios para desarrollar nuevas clases de dispositivos espintrónicos. Sin embargo, los estados magnéticos que podrían existir en los giroscopios aún no se habían establecido, que conducen al presente estudio.
Figura 2:Esquema del proceso de producción de nanoestructuras de giroides Ni-Fe por autoensamblaje. Crédito:ⒸJustin Llandro y David Love y András Kovács
Figura 3:(Izquierda) Patrones de campo magnético disperso en y alrededor de los puntales de una nanoestructura giroscópica de Ni-Fe fotografiada por holografía electrónica, que contiene regiones tanto de un solo giroide como de doble giro. El contorno de la nanoestructura se muestra en rojo. (Derecha) Simulación micromagnética de la distribución de magnetización de la nanopartícula giroide de Ni-Fe, donde la rueda de colores muestra la dirección de la magnetización. Las flechas resaltan la dirección promedio de un conjunto de puntales del giroide. Crédito:ⒸJustin Llandro y David Love y András Kovács
Los investigadores produjeron Ni 75 Fe 25 nanoestructuras de un solo giroide y doble giroide (formadas a partir de un par de imagen especular de un solo giroides) con puntales de 11 nm de diámetro y una celda unitaria de 42 nm, a través de la plantilla y electrodeposición de copolímeros en bloque. Estas dimensiones son comparables a los anchos de las paredes del dominio y las longitudes de onda de las ondas de giro en Ni-Fe. Luego obtuvieron imágenes de las nanopartículas giroscópicas con holografía de electrones fuera del eje, que podría mapear la magnetización y los patrones de campo magnético perdido en y alrededor de los puntales de los giroscopios con una resolución espacial nanométrica. El análisis de los patrones con la ayuda de simulaciones micromagnéticas de elementos finitos reveló un estado magnético muy intrincado que es ferromagnético en general pero sin una configuración de equilibrio única (Figura 3), lo que implica que un giroide magnético puede adoptar una gran cantidad de estados estables.
"Estos hallazgos establecen a los giroscopios magnéticos como candidatos de interés para aplicaciones como la computación de yacimientos y la lógica de onda de espín, "dijo el autor principal, Justin Llandro". La investigación da un emocionante primer paso hacia metamateriales magnéticos a nanoescala tridimensionales que pueden utilizarse para descubrir nuevos efectos emergentes y avanzar en la investigación de la espintrónica fundamental y aplicada ".
