Figura 1:La estructura cristalina del siliciuro de rutenio de gadolinio, que puede albergar una red cuadrada de skyrmions magnéticos arremolinados (naranja =gadolinio; verde =rutenio; azul =silicio). Crédito:Y. Yasui et al. CC BY 4.0
Los físicos de RIKEN han descubierto cómo las interacciones entre electrones pueden estabilizar una disposición repetida de patrones magnéticos arremolinados conocidos como skyrmions. lo que podría ayudar a explotar aún más estas estructuras.
El giro de un electrón hace que se comporte como un imán en miniatura. En un skyrmion muchos de estos giros están dispuestos en un patrón de remolino que se asemeja a un pequeño tornado. Los Skyrmions son muy prometedores como medio de transportar información en una nueva generación de dispositivos de alta densidad, dispositivos de almacenamiento de datos de bajo consumo energético.
Los Skyrmions se comportan como si fueran partículas distintas, y varios skyrmions pueden organizarse en una cuadrícula regular dentro de ciertos tipos de material. Pero los investigadores todavía están debatiendo cómo se forman estas celosías estables de skyrmion.
Para descubrir más sobre las celosías skyrmion, Yuuki Yasui en el Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente y sus colegas estudiaron un material metálico llamado siliciuro de gadolinio rutenio (GdRu2Si2; Fig. 1). Los electrones en los átomos de gadolinio del material son en gran parte responsables de sus propiedades magnéticas, mientras que los átomos de rutenio aportan electrones "itinerantes" que son más móviles.
El equipo había descubierto previamente que al aplicar un campo magnético al material, podrían crear una red cuadrada de skyrmions dispuestos en un patrón de cuadrícula a intervalos de aproximadamente 2 nanómetros. En el nuevo estudio, utilizaron una técnica llamada microscopía de túnel de exploración de imágenes espectroscópicas (SI-STM) para estudiar los electrones itinerantes en GdRu2Si2.
Los investigadores enfriaron el material a -271 grados Celsius y aplicaron una variedad de campos magnéticos para generar diferentes patrones magnéticos. Las mediciones SI-STM mostraron que los cambios en los patrones magnéticos del material se reflejaban en la distribución de electrones itinerantes. Crucialmente, el equipo también vio que el patrón de celosía skyrmion está impreso en los electrones itinerantes del material, debido a interacciones entre los espines de electrones localizados e itinerantes.
Los investigadores sugieren que estas interacciones podrían desempeñar un papel importante en la formación de la red cuadrada de skyrmion. "El mecanismo propuesto estabiliza las celosías de skyrmion, "dice Yasui.
El equipo también realizó cálculos teóricos, basado en las interacciones entre electrones localizados e itinerantes, predecir la distribución de electrones itinerantes en el material bajo diferentes campos magnéticos. Estas distribuciones fueron muy similares a los patrones observados por SI-STM, apoyando el mecanismo propuesto por los investigadores.
Además de proporcionar pistas sobre cómo se estabilizan las celosías de skyrmion, la investigación muestra que SI-STM se puede utilizar para monitorear indirectamente el comportamiento de los skyrmions. "Esto podría proporcionar a los investigadores una herramienta útil para estudiar las celosías de skyrmion en otros materiales, "dice Yasui.
