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Los ordenadores del futuro podrían utilizar Skyrmiones
Se pueden almacenar datos en los materiales magnéticos mediante la realización de una serie de vórtices magnéticos, los skyrmiones. La exigencia de densidades de corriente eléctrica son 100 000 veces menores para manejar los paquetes de átomos magnetizados de las memoria habituales, estos skyrmiones podrían ser utilizado para hacer los ordenadores más rápido, más pequeño y más eficiente.
En los últimos años, los físicos descubrieron estructuras sólidas exóticas, predichas desde hace tiempo en los materiales magnéticos. El caso de los monopolos magnéticos es famoso, pero descubrimos también varios ejemplos de skyrmiones.
En 2009, investigadores alemanes de la Universidad de Colonia y la Technische Universitaet Muenchen (TUM) en Munich demostraron la existencia de cristales de skyrmiones magnéticos. Los skyrmiones son solitones, un tipo de paquetes de energía estables, descritos por ecuaciones en derivadas parciales no lineales. Uno de los ejemplos más conocidos es en hidrodinámica. Esta es la marea taladro (mascaret), una ola solitaria observada por primera vez por el escocés John Scott Russell en el siglo XIX, tras una ola de kilómetros corriente arriba y que no mostraba signos de dedebilitamiento.
Debido a su carácter estable, se ha sugerido repetidamente que las partículas elementales son solitones. Esto había sugerido el físico británico, Tony Skyrme hace más de cincuenta años. Las partículas de Skyrme, nombradas en su honor skyrmiones, pueden ser vistas como vórtices que llevan momento angular en un medio continuo, tales como paquetes de átomos con su espín, un momento angular intrínseco, orientado en un campo magnético. A menudo la estabilidad se explica en relación con la topología, una rama de la geometría.
Por primera vez se han detectado en un compuesto a base de manganeso y silicio. Pero los investigadores japoneses se apresuraron a demostrar que el fenómeno también apareció en otros medios magnéticos en la física del estado sólido.
Miniaturizados memorias magnéticas con skyrmiones
Los skyrmiones pueden estar formada con sólo una docena de átomos y se pueden utilizar para almacenar bits de información. Sin embargo, se necesita aproximadamente un millón de átomos magnéticos orientados en la misma dirección para almacenar un bit de un disco duro o una cinta magnética. Dominar la escritura y la lectura de los datos mediante skyrmiones en cristales magnéticos es una nueva vía de investigación que podría hacer disminuir aún más el tamaño de las memorias magnéticas. De manera más general, estos skyrmiones son interesantes en la espintrónica.
Los trabajos de los investigadores de la Universidad de Colonia y la Technische Universität München (TUM), han sido publicados en la revista Nature, y están disponibles en arXiv en esta dirección.
Utilizando haces de neutrones, los físicos han descubierto que las densidades de corriente eléctrica (en amperios/m2) son 100 000 veces inferiores a las utilizadas para manipular los bits en las memorias magnéticas habituales, y son suficientes para manejar los skyrmiones. En teoría, esto significa que es posible almacenar y manipular la información en medios magnéticos mucho más pequeños que los actualmente disponibles y con menos energía.
Podemos esperar otra fuente de tecnología en el futuro, con cristales de skyrmiones. Pero no podemos ignorar la gran dificultad que hay que superar antes de que esta tecnología en el futuro sea cotidiana en nuestra vida. Las propiedades de conducción descubiertas por los investigadores solamente pueden funcionar a temperaturas muy bajas. Como sucede con la superconductividad, se deben lograr los mismos fenómenos a temperatura ambiente.
Diagrama que muestra la conmutación compleja de la orientación del espín de un electrón (flecha negro) que pasa sobre un skyrmión magnético. La corrientes de electrones no necesita ser intensa en determinadas condiciones para que en el manejo de skyrmiones interactúen con ellos. © Technische Universität München (TUM)
Científicos demuestran la eficacia de una nueva técnica de nanoimpresión
Científicos del Laboratorio de Investigación de IBM – Zurich con la colaboración de la ETH de Zurich han logrado posicionar los llamados nanotubos – que miden sólo 25 por 80 nanómetros – en una superficie de una manera muy precisa y sistemática con una orientación especial a nanoescala, mediante un proceso de nanoimpresión. Para demostrar que su método funciona, los científicos construyeron un Ampelmännchen «espera y cruza» (pictograma de peatones en los semáforos) de nanotubos de oro selectivamente orientados. Una aplicación interesante de este método podría ser un blindaje antifalsificación de objetos de valor como relojes, joyas u obras de arte.
La revista Advanced Functional Materials publicó un artículo que describe este trabajo en su número del 22 de febrero 2012. Los investigadores han desarrollado un proceso de orientación e impresión a nanoescala que les permite imprimir cualquier patrón arbitrario con una resolución de partículas individual. La publicación describe cómo este método permite incluso que nanotubos oblongos se orienten específicamente en la misma dirección – longitudinal o transversalmente – preservando al mismo tiempo las propiedades a menudo únicas de los nanotubos.
El Dr. Heiko Wolf, jefe del equipo de proyecto de IBM Research – Zurich, explica, «Nosotros usamos la tensión superficial del agua y una plantilla de nanoestructuras para orientar a los nanotubos A continuación, se puede transferir a cualquier superficie a través de un proceso de nanoprinting».
Tales nanotubos, que son menores de 100 nanómetros, a menudo tienen propiedades únicas. Las partículas no esféricas son de interés debido a ciertas propiedades que pueden ser explotadas en función de su orientación. Por ejemplo, las propiedades ópticas de los nanotubos de oro utilizados en estos experimentos pueden ser dirigidas. Observado a través de un filtro de polarización, el color de la luz cambia dependiendo de la orientación de los tubos en relación con el filtro. De esta manera, los científicos han logrado crear Ampelmännchen con un peatón rojo y otro verde, con la misma clase de nanotubos, pero orientados en direcciones diferentes. Con sólo 60 micrómetros, el Ampelmännchen ® es aproximadamente 2500 veces más pequeño que los originales.
Los procedimientos adecuados para aplicar un gran número de nanoestructuras funcionales o partículas a las superficies de una manera eficiente y precisa son esenciales para la aplicación práctica de muchas innovaciones nanotecnológicas. Esta sofisticada técnica de impresión constituye un método de fabricación versátil y de gran alcance que podría prestarse a aplicaciones comerciales tales como la falsificación de pruebas o en electrónica y los sectores de TI o de tecnologías energéticas.
Fuente: PHYS.ORG
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