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Investigadores de la UNLP identifican nanopartículas con propiedades únicas

/Difusión Facultad de Ciencias Exactas UNLP/


imagen de los materiales

Identifican nanopartículas con propiedades únicas

El descubrimiento realizado por un equipo del IFLySiB puede ser un gran paso hacia el desarrollo de nuevos dispositivos tecnológicos no convencionales.


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, investigadorxs del Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos IFLySiB (La Plata) y 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, que puede resultar sorprendente, no todos los materiales presentan las mismas propiedades siendo que algunos son “mucho más” magnéticos que otros. La principal distinción es 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 que 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 investigadorxs del CONICET y profesorxs 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.

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)

Investigadorxs CONICET – UNLP

Dr. Diego Rosales (Inv. Adjunto CONICET-IFLySiB, Prof. Adjunto Fac. Ingeniería, UNLP)

Dra. Flavia Gómez Albarracín (Inv. Adjunta CONICET-IFLySiB, Prof. Adjunta Fac. Ingeniería, UNLP)

Dr. Daniel Cabra (Inv. Principal CONICET-IFLySiB, Prof. Titular Fac. de Cs. Exactas, UNLP)

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