Investigadores de la Universidad de Augsburgo y de la Universidad de Viena han descubierto skyrmiones y antiskyrmiones magnéticos coexistentes de carga topológica arbitraria a temperatura ambiente en películas delgadas multicapa magnéticas de Co/Ni. Sus hallazgos han sido publicados en Nature Physics. y abrir la posibilidad de un nuevo paradigma en la investigación skyrmionics.
El descubrimiento de nuevos objetos de espín con carga topológica arbitraria promete contribuir a los avances en la investigación fundamental y aplicada, particularmente a través de su aplicación en dispositivos de almacenamiento de información.
Los skyrmions magnéticos son texturas de espín magnético topológico estable y localizadas que se asemejan a un remolino similar a un tornado en un material magnético. Pueden ser muy pequeños, con diámetros en el rango nanométrico, y comportarse como partículas que pueden moverse, crearse y aniquilarse, lo que los hace adecuados para aplicaciones tipo "ábaco" en dispositivos lógicos y de almacenamiento de información.
En su artículo en Nature Physics En el estudio titulado "Dipolar skyrmions and antiskyrmions of arbitrary topological charge at room Temperature", un grupo de investigadores de la Universidad de Augsburgo dirigido por el Prof. Manfred Albrecht demuestra que estos objetos de espín sólo se pueden encontrar en un bolsillo de fase distinto en el diagrama de estabilidad donde el factor de calidad Q tiene un valor de aproximadamente 1, que viene dado por la relación entre la anisotropía magnética uniaxial y la anisotropía de forma magnética.
Gracias a extensas simulaciones realizadas por Sabri Koraltan y colegas del grupo de simulación de la Universidad de Viena, dirigido por el Prof. Dieter Suess, y apoyado por el Dr. Nikolai Kiselev del Forschungszentrum Jülich, los investigadores también pudieron identificar las razones exactas por las que el giro Los objetos se pueden encontrar en el diagrama de estabilidad, su proceso de formación subyacente, así como las propiedades materiales necesarias que ahora también se pueden aplicar a otros sistemas materiales.
"Estamos muy entusiasmados con los interesantes conocimientos adquiridos con el descubrimiento de estos objetos de espín, que pueden fabricarse fácilmente a temperatura ambiente. Se trata de un avance científico excepcional en el campo de los skyrmions y los objetos de espín topológicos", afirma Albrecht. Estas texturas de espín skyrmiónico a nanoescala brindan grados adicionales de libertad y pueden integrarse en dispositivos de película delgada, lo que permite diferentes aplicaciones que van desde computación no convencional hasta nuevos conceptos de almacenamiento.
Otro aspecto muy importante de los objetos de espín es que una corriente polarizada por el espín induce su movimiento. Cuando una corriente de carga pasa a través de un material magnético conductor, el espín del electrón polarizado ejercerá un par sobre la magnetización conocido como par de transferencia de espín. Este par puede poner en movimiento los skyrmions de orden superior.
"Utilizando simulaciones micromagnéticas pudimos demostrar el control eficiente del movimiento de estos extraordinarios objetos de espín, lo que abre más oportunidades para los dispositivos skyrmiónicos", afirma Koraltan, candidato a doctorado del grupo computacional de la Universidad de Viena.
En el estudio se utilizó ampliamente la microscopía electrónica de transmisión de Lorentz de la Universidad de Augsburgo, que actualmente se está ampliando para visualizar el movimiento inducido por la corriente de estos objetos con espín de carga múltiple.
"En un futuro próximo será muy interesante investigar hasta qué punto nuestras predicciones sobre sus características de movimiento pueden confirmarse experimentalmente", afirma Mariam Hassan, investigadora postdoctoral de la Universidad de Augsburgo.
Más información: Mariam Hassan et al, Skyrmions dipolares y antiskyrmions de carga topológica arbitraria a temperatura ambiente, Física de la naturaleza (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02358-z
Información de la revista: Física de la Naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Augsburgo
