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(noticias nanowerk) En la naturaleza, el movimiento colectivo de algunas aves y peces, como bandadas de estorninos o enjambres de sardinas, puede producir fenómenos dinámicos impresionantes. Su investigación representa la ciencia de la materia activa, que ha sido un tema de gran interés durante tres décadas.
La dinámica colectiva única de la materia activa está determinada por el movimiento de cada unidad individual, las interacciones entre ellas y su interacción con el medio ambiente. Estudios recientes muestran que algunas moléculas y bacterias autopropulsadas exhiben un movimiento circular con una quiralidad fija (la propiedad de un objeto en el que no puede superponerse a su imagen especular mediante cualquier número de rotaciones o traslaciones), lo que permite la selección de moléculas y Pueden existir bacterias con quiralidad específica en función de su dinámica. Sin embargo, falta investigación sobre objetos similares a materia activa en materiales magnéticos y ferroeléctricos no biológicos para aplicaciones en dispositivos electrónicos.
En este sentido, los skyrmions quirales son prometedores. Son un tipo especial de texturas de espín en materiales magnéticos con interacciones de intercambio asimétrico que pueden tratarse como cuasipartículas. Llevan cargas topológicas enteras y tienen una quiralidad fija de +1 o -1.
Recientemente, un grupo de científicos dirigido por el profesor Masahito Mochizuki del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Waseda, incluido el Dr.
Su artículo fue publicado en la revista. nano letras (“Los skyrmions quirales interactúan con las flores quirales”).
En este estudio, los científicos colocaron skyrmions quirales en obstáculos de nanoestructuras quirales en forma de una simple flor quiral. Luego estudiaron la dinámica del paseo aleatorio del skyrmion activado térmicamente que interactúa con el obstáculo quiral en forma de flor en una capa ferromagnética, lo que podría conducir a resultados dependientes de la topología. «Nuestra investigación muestra por primera vez que los skyrmions quirales magnéticos exhiben un comportamiento activo similar al de la materia, aunque no sean de origen biológico e incluso sean patrones espaciales meramente inmateriales», dice el profesor Mochizuki, enfatizando la novedad de su estudio.
El skyrmion con quiralidad -1 tiene el potencial de dejar una floración quiral izquierda, y el skyrmion con quiralidad +1 tiene el potencial de dejar una floración quiral derecha. Los investigadores realizaron una serie de simulaciones para observar cómo se comportarían los skyrmions a diferentes temperaturas en ambos casos: 100 K, 150 K, 180 K y 200 K.
Establece el tiempo de simulación en 500 ns, con un paso de tiempo de 0,5 ns. El equipo descubrió que, dependiendo de la combinación de variables, el skyrmion permanece dentro del obstáculo o lo escapa. Dado que el movimiento del skyrmion se basa en el movimiento browniano dependiente de la temperatura, que es de naturaleza desordenada, este es un caso interesante de cómo lograr un resultado ordenado mediante un movimiento desordenado. En particular, este sistema se puede utilizar para desarrollar un dispositivo de clasificación topológica.
Cuando se le preguntó sobre las implicaciones a largo plazo de su trabajo, el profesor Liu señaló: «Los resultados de nuestra investigación pueden ser útiles para construir futuros dispositivos informáticos y de procesamiento de información con alta densidad de almacenamiento y bajo consumo de energía».
«A largo plazo, podrían servir de guía para el diseño y desarrollo de hardware electrónico y espintrónico no convencional, en el que la información se transfiere a nanoestructuras a través de texturas de espín topológico». Se espera que este logro mejore la vida de las personas al transferir información en un formato de energía. manera eficiente de manera que conduzca a una sociedad más respetuosa con el medio ambiente”, concluye el Dr. Zhang.
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