Los vórtices a nanoescala conocidos como skyrmions se pueden crear en muchos materiales magnéticos. Por primera vez, Los investigadores de PSI han logrado crear e identificar skyrmions antiferromagnéticos con una propiedad única:los elementos críticos dentro de ellos están dispuestos en direcciones opuestas. Los científicos han logrado visualizar este fenómeno mediante la dispersión de neutrones. Su descubrimiento es un paso importante hacia el desarrollo de nuevas aplicaciones potenciales, como computadoras más eficientes. Los resultados de la investigación se publican hoy en la revista Naturaleza .

El hecho de que un material sea magnético depende de los giros de sus átomos. La mejor manera de pensar en los giros es como barras magnéticas diminutas. En una estructura cristalina donde los átomos tienen posiciones fijas en una red, Estos giros se pueden organizar entrecruzados o alineados todos en paralelo como las lanzas de una legión romana, dependiendo del material individual y su estado.

En determinadas condiciones, es posible generar pequeños vórtices dentro del cuerpo de espines. Estos se conocen como skyrmions. Los científicos están particularmente interesados ​​en los skyrmions como un componente clave en las tecnologías futuras, como almacenamiento y transferencia de datos más eficientes. Por ejemplo, podrían usarse como bits de memoria:un skyrmion podría representar el digital, y su ausencia un cero digital. Como los skyrmions son significativamente más pequeños que los bits utilizados en los medios de almacenamiento convencionales, La densidad de datos es mucho más alta y potencialmente también más eficiente energéticamente. mientras que las operaciones de lectura y escritura también serían más rápidas. Por lo tanto, Skyrmions podría ser útil tanto en el procesamiento de datos clásico como en la computación cuántica de vanguardia.

Otro aspecto interesante para la aplicación es que los skyrmions se pueden crear y controlar en muchos materiales aplicando una corriente eléctrica. "Con los skyrmions existentes, sin embargo, es complicado moverlos sistemáticamente de A a B, ya que tienden a desviarse de un camino recto debido a sus propiedades inherentes, "explica Oksana Zaharko, líder del grupo de investigación en PSI.

Trabajar con investigadores de otras instituciones, La Dra. Zaharko y su equipo han creado un nuevo tipo de skyrmion y han demostrado una característica única:en su interior, los giros críticos están dispuestos en direcciones opuestas entre sí. Por lo tanto, los investigadores describen sus skyrmions como antiferromagnéticos.

En línea recta de A a B

"Una de las ventajas clave de los skyrmions antiferromagnéticos es que son mucho más simples de controlar:si se aplica una corriente eléctrica, se mueven en una simple línea recta, "Comenta Zaharko. Esta es una gran ventaja:para que los skyrmions sean adecuados para aplicaciones prácticas, debe ser posible manipularlos y colocarlos selectivamente.

Los científicos crearon su nuevo tipo de skyrmion fabricándolos en un cristal antiferromagnético personalizado. Zaharko explica:"Antiferromagnético significa que los espines adyacentes están en una disposición antiparalela, en otras palabras, uno apunta hacia arriba y el siguiente apunta hacia abajo. Entonces, lo que se observó inicialmente como una propiedad del material que posteriormente identificamos también dentro de los skyrmions individuales ".

Todavía se necesitan varios pasos antes de que los skyrmions antiferromagnéticos estén lo suficientemente maduros para una aplicación tecnológica:los investigadores de PSI tuvieron que enfriar el cristal a alrededor de menos 272 grados Celsius y aplicar un campo magnético extremadamente fuerte de tres tesla, aproximadamente 100, 000 veces la fuerza del campo magnético de la Tierra.

Dispersión de neutrones para visualizar los skyrmions

Y los investigadores aún tienen que crear skyrmions antiferromagnéticos individuales. Para verificar los diminutos vórtices, los científicos están utilizando la fuente de neutrones por espalación suiza SINQ en PSI. "Aquí podemos visualizar skyrmions usando dispersión de neutrones si tenemos muchos de ellos en un patrón regular en un material en particular, "Zaharko explica.

Pero el científico es optimista:"En mi experiencia, si logramos crear skyrmions en una alineación regular, alguien pronto se las arreglará para crear tales skyrmions individualmente ".

El consenso general en la comunidad de investigadores es que una vez que se pueden crear skyrmions antiferromagnéticos individuales a temperatura ambiente, una aplicación práctica no estará muy lejos.