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» » » Imanes frustrados apuntan a una nueva memoria

Referencia: Science Daily.com, 23 de septiembre 2015
“Frustrated magnets point towards new memory”
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Los físicos teóricos de la Universidad de Groningen, apoyados por la Fundación FOM, han descubierto que los llamados 'imanes frustrados' puede producir skyrmions, unos vórtices magnéticos diminutos que pueden ser utilizados para el almacenamiento de la memoria. Este descubrimiento abre una nueva clase de materiales para los científicos que trabajan en 'skyrmionics', cuyo objetivo es construir dispositivos de memoria y lógica en base a skyrmions. Los resultados se publican en Nature Communications.

Skyrmions. Crédito: Universidad de Groningen
El campo de la skyrmiónica se ha desarrollado rápidamente en los últimos años. Los vórtices magnéticos más pequeños (alrededor de 10 nanómetros) podrían proveer de una nueva forma de construir la memoria y dispositivos lógicos con un uso muy bajo energía. 'De hecho, un sistema de memoria de ordenador basada en burbujas magnéticas, que son básicamente skyrmions muy grandes, ya fue inventado en el 1967 en los Laboratorios Bell', comenta Maxim Mostovoy, profesor asociado de Física Teórica en la Universidad de Groningen. Esta memoria de burbuja fue superada rápidamente en la década de 1980 por la memoria basada en silicio, mucho más pequeña, y ahora sólo se utiliza para aplicaciones nicho, ya que es muy robusta, no tiene partes móviles y puede operar en entornos hostiles.

Imán frustrado

Hasta el momento, los skyrmions solamente se producen en materiales especiales llamados imanes quirales. La estructura de la red de estos imanes es quiral, lo que significa que la red cristalina no tiene las mismas propiedades que su imagen especular. "Para avanzar en el campo, se necesitan nuevas clases de materiales", indica Mostovoy. Con su postdoctorado Andrey Leonov (actualmente trabaja en la Technische Universität Dresden), descubrió que la frustración magnética puede producir skyrmions.

En un imán normal, los momentos magnéticos están alineados. En un imán frustrado, las interacciones favorecen que los momentos magnéticos paralelos compitan con las interacciones que favorecen loa momentos magnéticos antiparalelos. Mostovoy: "Esto significa que los momentos magnéticos de los cristales no están satisfechos, se ven obligados a rebobinarse en espirales magnéticas. Al aplicar un campo magnético se transforma la espiral en un cristal magnético compuesto por skyrmions.

Eficiencia energética

'Es más, nos encontramos con que los skyrmions de imanes frustrados tienen propiedades físicas más interesantes que los skyrmions de imanes quirales', señala Mostovoy. "Por ejemplo, los momentos magnéticos dentro de las skyrmions "frustrados" pueden rotar, mientras que en los imanes quirales son rígidos. La rotación está acoplado al momento dipolar eléctrico del skyrmion, que puede utilizarse para almacenar información adicional. La información en los imanes quirales está codificada en las posiciones skyrmion 1 cuando un skyrmion está presente, y 0, si está ausente. En los imanes frustrados 1/0 puede corresponderse a las direcciones arriba/abajo del momento dipolar eléctrico. Este último tipo de almacenamiento es más eficiente energéticamente.

También, mientras que en skyrmions imanes quirales se pueden mover a través del material usando una corriente eléctrica, en frustrados imanes se pueden mover usando un campo eléctrico. 'Esto no requiere de corriente, lo que significa un menor consumo de energía y menos producción de calor para aplicaciones potenciales'.

El descubrimiento de skyrmions en imanes frustrados hasta ahora se basaba en la teoría. La existencia y propiedades de los nuevos skyrmions son descritos por Leonov y Mostovoy en estudios con modelos. "Estamos esperando que los físicos experimentales confirmen pronto nuestros resultados”. El desafío será encontrar un material que muestre skyrmions a temperatura ambiente, tal como se requiere en las aplicaciones prácticas. Esto ya se ha logrado con los imanes quirales, y Mostovoy está esperando que se pueda repetir con los imanes frustrados. 'Es una clase muy interesante de los materiales; con estos imanes frustrados también predecimos algunos otros estados topológicos interesantes.”

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Fuente: University of Groningen.
Diario de Referencia: A. O. Leonov, M. Mostovoy. Multiply periodic states and isolated skyrmions in an anisotropic frustrated magnet. Nature Communications, 2015; 6: 8275 DOI: 10.1038/ncomms9275.


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