Los investigadores de la EPFL han demostrado que las ondas electromagnéticas acopladas a estructuras diseñadas con precisión conocidas como cuasicristales ferromagnéticos artificiales permiten una transmisión y procesamiento de información más eficientes a nanoescala. Su investigación también representa la primera demostración práctica de gusanos Conway, un concepto teórico para la descripción de cuasicristales.

Las ondas electromagnéticas de alta frecuencia se utilizan para transmitir y procesar información en dispositivos microelectrónicos como los teléfonos inteligentes. Ya se aprecia que estas ondas se pueden comprimir mediante oscilaciones magnéticas conocidas como ondas de espín o magnones. Esta compresión podría allanar el camino para el diseño de nanoescala, dispositivos de microondas multifuncionales con una huella considerablemente reducida. Pero primero, los científicos necesitan comprender mejor las ondas de giro, o precisamente cómo se comportan y se propagan los magnones en diferentes estructuras.

Aprender más sobre estructuras aperiódicas

En un estudio realizado por el asistente de doctorado Sho Watanabe, investigador postdoctoral Dr. Vinayak Bhat, y otros miembros del equipo, los científicos del Laboratorio de Magnónicos y Materiales Magnéticos a Nanoescala (LMGN) de la EPFL examinaron cómo se propagan las ondas electromagnéticas, y cómo podrían manipularse, en nanoestructuras diseñadas con precisión conocidas como cuasicristales ferromagnéticos artificiales. Los cuasicristales tienen una propiedad única:su estructura es aperiódica, lo que significa que sus átomos constituyentes o elementos hechos a medida no siguen un patrón regular, patrón repetitivo pero todavía están dispuestos de forma determinista. Aunque esta característica hace que los materiales sean especialmente útiles para el diseño de dispositivos cotidianos y de alta tecnología, sigue siendo poco conocido.

Más rápido, transmisión de información más fácil

El equipo de LMGN descubrió que, en condiciones controladas, una sola onda electromagnética acoplada a un cuasicristal artificial se divide en varias ondas de giro, que luego se propagan dentro de la estructura. Cada una de estas ondas de espín representa una fase diferente de la onda electromagnética original, llevando información diferente. "Es un descubrimiento muy interesante, porque los métodos de transmisión de información existentes siguen el mismo principio, "dice Dirk Grundler, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería de EPFL (STI). "Excepto que necesitas un dispositivo adicional, un multiplexor, dividir la señal de entrada porque, a diferencia de nuestro estudio, no se divide por sí sola ".

Grundler también explica que, en sistemas convencionales, la información contenida en cada onda solo se puede leer en diferentes frecuencias, otro inconveniente que el equipo de EPFL superó en su estudio. "En nuestros cuasicristales bidimensionales, todas las ondas se pueden leer a la misma frecuencia, ", agrega. Los hallazgos se han publicado en la revista Materiales funcionales avanzados .

Olas que se esparcen como gusanos

Los investigadores también observaron que, en lugar de propagarse al azar, las olas a menudo se movían como los llamados gusanos de Conway, el nombre de un conocido matemático John Horton Conway, quien también desarrolló un modelo para describir el comportamiento y los patrones de alimentación de los gusanos prehistóricos. Conway descubrió que, dentro de cuasicristales bidimensionales, los elementos constituyentes se organizan como gusanos serpenteantes siguiendo una secuencia de Fibonacci. De ese modo forman cuasicristales unidimensionales seleccionados. "Nuestro estudio representa la primera demostración práctica de este concepto teórico, demostrando que las secuencias inducen interesantes propiedades funcionales de ondas en un cuasicristal, "dice Grundler.