Los científicos han utilizado microscopía e impresión 3D de última generación para proporcionar una nueva visión de lo que sucede cuando se llevan imanes a tres dimensiones en la nanoescala, 1000 veces más pequeños que un cabello humano.

El equipo internacional dirigido por el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge utilizó una técnica de impresión 3D avanzada que desarrollaron para crear dobles hélices magnéticas, como la doble hélice del ADN, que giran entre sí, combinando curvatura, quiralidad y fuertes interacciones de campo magnético entre las hélices. Al hacerlo, los científicos descubrieron que estas dobles hélices magnéticas producen texturas topológicas a nanoescala en el campo magnético, algo que nunca antes se había visto, abriendo la puerta a la próxima generación de dispositivos magnéticos. Los resultados se publican en Nature Nanotechnology .

Los dispositivos magnéticos impactan en muchas partes diferentes de nuestras sociedades, los imanes se utilizan para la generación de energía, para el almacenamiento de datos y la computación. Pero los dispositivos informáticos magnéticos se acercan rápidamente a su límite de reducción en los sistemas bidimensionales. Para la próxima generación de computación, existe un interés creciente en pasar a las tres dimensiones, donde no solo se pueden lograr densidades más altas con arquitecturas de nanocables 3D, sino que las geometrías tridimensionales pueden cambiar las propiedades magnéticas y ofrecer nuevas funcionalidades.

"Ha habido mucho trabajo en torno a una tecnología aún por establecer llamada memoria de pista de carreras, propuesta por primera vez por Stuart Parkin. La idea es almacenar datos digitales en las paredes de dominio magnético de los nanocables para producir dispositivos de almacenamiento de información con alta confiabilidad. , rendimiento y capacidad", dijo Claire Donnelly, la primera autora del estudio del Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien recientemente se mudó al Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos.

"Pero hasta ahora, esta idea siempre ha sido muy difícil de realizar, porque necesitamos poder hacer sistemas magnéticos tridimensionales y también debemos comprender el efecto de ir a tres dimensiones tanto en la magnetización como en el campo magnético. "

"Entonces, en los últimos años, nuestra investigación se ha centrado en desarrollar nuevos métodos para visualizar estructuras magnéticas tridimensionales:piense en una tomografía computarizada en un hospital, pero para imanes. También desarrollamos una técnica de impresión 3D para materiales magnéticos".

Las mediciones 3D se realizaron en la línea de luz PolLux de Swiss Light Source en el Instituto Paul Scherrer, actualmente la única línea de luz capaz de ofrecer laminografía de rayos X suave. Usando estas técnicas avanzadas de imágenes de rayos X, los investigadores observaron que la estructura de ADN 3D conduce a una textura diferente en la magnetización en comparación con lo que se ve en 2D. Los pares de paredes entre dominios magnéticos (regiones donde la magnetización apunta en la misma dirección) en hélices vecinas están altamente acoplados y, como resultado, se deforman. Estas paredes se atraen entre sí y, debido a la estructura 3D, rotan, se "fijan" en su lugar y forman enlaces fuertes y regulares, similares a los pares de bases en el ADN.

"No solo descubrimos que la estructura 3D conduce a nanotexturas topológicas interesantes en la magnetización, donde estamos relativamente acostumbrados a ver tales texturas, sino también en el campo magnético disperso, que reveló nuevas y emocionantes configuraciones de campo a nanoescala". dijo Donnelly.

"Esta nueva capacidad de modelar el campo magnético en esta escala de longitud nos permite definir qué fuerzas se aplicarán a los materiales magnéticos y comprender hasta dónde podemos llegar con el patrón de estos campos magnéticos. Si podemos controlar esas fuerzas magnéticas en la nanoescala, nos acercamos más a alcanzar el mismo grado de control que tenemos en dos dimensiones".

"El resultado es fascinante:las texturas en la doble hélice similar al ADN forman fuertes enlaces entre las hélices, deformando su forma como resultado", explicó el autor principal Amalio Fernandez-Pacheco, ex investigador de Cavendish, que ahora trabaja en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón. "Pero lo que es más emocionante es que alrededor de estos enlaces se forman remolinos en el campo magnético:¡texturas topológicas!"

Habiendo pasado de dos a tres dimensiones en términos de magnetización, ahora Donnelly y sus colaboradores del Instituto Paul Scherrer y de las Universidades de Glasgow, Zaragoza, Oviedo y Viena explorarán todo el potencial de pasar de dos a tres dimensiones en términos de el campo magnético.

"Las perspectivas de este trabajo son múltiples:estas texturas fuertemente unidas en las hélices magnéticas prometen un movimiento muy robusto y podrían ser un potencial portador de información", dijo Fernández-Pacheco. "Aún más emocionante es este nuevo potencial para modelar el campo magnético a nanoescala, esto podría ofrecer nuevas posibilidades para atrapar partículas, técnicas de imagen y materiales inteligentes". + Explora más

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