Universidad

Investigadores de la UNLP identifican nanopartículas con propiedades únicas

/Prensa UNLP/


El descubrimiento de investigadores del IFLySiB abre las puertas al desarrollo de nuevos dispositivos tecnológicos no convencionales. Fue publicado en la revista Nature

 Los skyrmiones magnéticos son estructuras similares a partículas (cuasi-partículas) que pueden ser creados y manipulados en diversos materiales magnéticos. Su tamaño (del orden de los nanómetros) e inherente estabilidad, los vuelven grandes candidatos para futuros dispositivos de spintrónica.  En un trabajo recientemente publicado en la revista Nature, investigadores del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos, de la Facultad de Ciencias Exactas (IFLySiB – UNLP- CONICET), colaboradores internacionales principalmente del Paul Scherrer Institute (PSI, Villigen-Suiza), combinando teoría y experimento, han logrado identificar un nuevo tipo de skyrmion con una característica única: su núcleo posee momentos magnéticos entrelazados y dispuestos de manera antiparalela lo que conduciría a una mayor facilidad y estabilidad para su manipulación. Este descubrimiento de gran impacto, resulta ser un gran paso hacia el desarrollo de nuevos dispositivos tecnológicos no convencionales.

¿Qué son los materiales magnéticos?

Aunque toda la materia es magnética, no todos los materiales presentan las mismas propiedades, ya que algunos resultan ser “mucho más” magnéticos que otros. La principal diferencia radica en que en algunos la interacción colectiva entre sus constituyentes es débil, mientras que en otros, es fuerte. Estas interacciones pueden conducir a ordenamientos magnéticos muy diversos, dependiendo de muchos factores tales como los campos externos, temperatura, dimensiones de la muestra  y el tipo de interacción presente.

¿Qué son los skyrmiones magnéticos y qué los hace interesantes?.

En algunos materiales y bajo ciertas condiciones, la estructura que forman los momentos magnéticos es tal que se reordenan formando pequeños vórtices (del orden de nanómetros) conocidos como skyrmiones magnéticos. Estos tienen la particularidad  de ser extremadamente estables frente a modificaciones del sistema, consecuencia de su “protección” topológica.  Esto ha llevado a que en los últimos años, una gran parte de la comunidad científica se haya enfocado  en controlar estas entidades similares a partículas para su uso en computadoras futuristas y dispositivos de almacenamiento de información: los skyrmiones podrían utilizarse como “bits” de memoria  cuyo estado tipo cero o uno estaría asociado a la presencia o ausencia del skyrmion. Además, debido a su pequeño tamaño, en comparación con los bits utilizados en los dispositivos de almacenamiento convencionales,  habría un aumento sustancial en cuanto a la capacidad de almacenamiento de datos y también una mayor velocidad de lectura y escritura.

En este trabajo, los investigadores del CONICET y profesores de la UNLP,  el Dr. Diego Rosales, la Dra. Flavia Gómez  Albarracín y Dr. Daniel Cabra  propusieron un modelo teórico para explicar las propiedades magnéticas observadas mediante dispersión de neutrones en el material MnSc2S4. Empleando simulaciones numéricas de alto desempeño, lograron reconocer un nuevo tipo de skyrmion cuyos momentos magnéticos en el  “núcleo” se disponen de manera antiparalela entre sí: es decir que si un momento magnético “apunta” en una dirección, su vecino más próximo apunta en dirección opuesta, por lo cual se los denomina skyrmiones antiferromagnéticos. Las medidas experimentales fueron realizadas en Swiss Spallation Neutron Source SINQ, en el Paul  Scherrer Institute, por el grupo encabezado por la Dra. Oksana Zaharko. 

¿Qué tienen de interesante los skyrmiones antiferromagnéticos por sobre el resto?

Para poder emplear los skyrmiones en dispositivos de información es necesario poder manipularlos y moverlos con gran facilidad y tener el mayor control posible. Debido al carácter antiferromagnético de estos nuevos skyrmiones, las corrientes eléctricas para manipularlos “simplemente los moverían en línea recta” en un dispositivo.

Esto consituye un gran avance en cuanto a la variedad de materiales topológicos, sin embargo esto recién comienza:  el siguiente paso es crear estos skyrmiones antiferromagnéticos individuales a temperatura ambiente de manera estable y controlada.  Con esto en mano, una aplicación práctica no estará muy lejos.

Fuente: Área de Divulgación Científica – Facultad de Ciencias Exactas – UNLP

Publicación original

Fractional antiferromagnetic skyrmion lattice induced by anisotropic couplings

S. Gao, H.D. Rosales, F.A. Gómez Albarracín, V. Tsurkan, G. Kaur, T. Fennell, P. Steffens, M. Boehm, P. Čermák, A. Schneidewind, E. Ressouche, D.C. Cabra, C. Rüegg, O. Zaharko

Nature 23 September 2020 (online)

DOI: 10.1038/s41586-020-2716-8 (link externo)

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