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Los bits se vuelven antiesquirmions

Los bits se vuelven antiesquirmions

El mundo actual, que cambia rápidamente debido a  «big data», está encapsulado en miles de millones de pequeños objetos magnéticos -bits magnéticos- cada uno de los cuales almacena un bit de datos en unidades de disco magnético. Un grupo de científicos de los Institutos Max Planck de Halle y Dresde han descubierto un nuevo tipo de nano-objeto magnético en un material novedoso que podría servir como un bit magnético con propiedades de invisibilidad para hacer realidad en un futuro próximo una unidad de disco magnético sin partes móviles – una memoria Racetrack.

La mayoría de los datos digitales se almacenan en la nube como bits magnéticos dentro de números masivos de unidades de disco magnético. En las últimas décadas, estos bits magnéticos se han reducido en muchos órdenes de magnitud, llegando a límites donde los límites de estas regiones magnéticas pueden tener propiedades especiales. En algunos materiales especiales estos límites – «paredes de dominio magnético» – pueden ser descritos como topológicos. Lo que esto significa es que se puede pensar que estas paredes tienen un manto mágico especial – lo que los científicos llaman «protección topológica». Una consecuencia importante es que tales paredes magnéticas son más estables a las perturbaciones que los bits magnéticos similares sin protección topológica que se forman en materiales magnéticos convencionales. Así pues, estos objetos magnéticos «topológicos» podrían ser especialmente útiles para almacenar «1»y «0»los elementos básicos de los datos digitales.

Uno de estos objetos es un «esqurmión magnético» que es una pequeña región magnética, tal vez de decenas a cientos de átomos de ancho, separado de una región magnética circundante por una pared de dominio quiral. Hasta hace poco solo se ha encontrado un tipo de esqurmión, el que está rodeado por una pared de dominio quiral que toma la misma forma en todas las direcciones. Pero hanbhabido predicciones de varios otros tipos de esqurmiones que aún no se han observado. En un artículo publicado en Nature, científicos del departamento NISE del Prof. Stuart Parkin en el Instituto Max Planck para la Física de Microestructuras en Halle, Alemania, han encontrado una segunda clase de esquirmiones, lo que se llama «antisesquirmiones», en materiales sintetizados en el Departamento de Química de Estado Sólido del Prof. Claudia Felser en el Instituto Max Planck para CPFS, Dresden, Alemania.

Los científicos de Halle y Dresden han encontrado estos diminutos objetos magnéticos en una clase especial de compuestos magnéticos versátiles llamados Heusler que Claudia Felser y sus colegas han explorado extensamente durante los últimos 20 años. De estos compuestos de Heusler, un pequeño subconjunto tiene la simetría cristalina justa para permitir la posibilidad de formar antiesquirmiones pero no sesquirmiones. Utilizando un microscopio electrónico de transmisión altamente sensible en el Instituto Max Planck para Física de Microestructuras, Halle, que fue especialmente modificado para permitir la detección de pequeños momentos magnéticos, se crearon y detectaron antiesquirmiones sobre una amplia gama de temperaturas y campos magnéticos. Y lo que es más importante, los antiesquirmiones, tanto en arreglos ordenados como en objetos aislados, se podían ver incluso a temperatura ambiente y en campos magnéticos cero.

Las propiedades especiales de ocultación de los esquirmiones los hace de gran interés para una forma radicalmente nueva de memoria de estado sólido – Memoria Racetrak – que fue propuesta por Stuart Parkin hace una década. En Racetrack, los datos digitales están codificados dentro de las paredes del dominio magnético, que se encuentran dentro de cables magnéticos nanoscópicos. Una de las características únicas de Racetrack, que es diferente a todas las demás memorias, es que las paredes se mueven alrededor de los nanocables usando descubrimientos recientes en la espin-orbitrónica. Los pulsos muy cortos de corriente mueven todas las paredes del dominio hacia atrás y hacia adelante a lo largo de los nanocables. Las paredes -las puntas magnéticas- pueden ser leídas y escritas por dispositivos incorporados directamente en los propios nanohilos, eliminando así cualquier pieza mecánica. Las paredes magnéticas protegidas topológicamente son muy prometedoras para  las memorias Racetrack.

Por lo tanto, los antisesquirmiones podrían aplicarse a las memorias Racetrack pronto. Yendo incluso más allá de los antiesquirmiones el siguiente objetivo es la realización de una tercera clase de esquirmiones –  esquirmiones antiferromagnéticos- que son diminutos objetos magnéticos que realmente no tienen ningún momento magnético neto. Son magnéticamente casi invisibles pero tienen propiedades únicas que los hacen de gran interés.

Ampliar en: Ajaya K. Nayak et al, Magnetic antiskyrmions above room temperature in tetragonal Heusler materials, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature23466

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