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Inicio > Prensa > Los científicos controlan el magnetismo a nivel microscópico: los neutrones muestran un comportamiento atómico notable en materiales termoeléctricos para una conversión de calor en electricidad más eficiente
La muestra (gris) no tiene campo magnético aplicado y exhibe paredes de dominio magnético de mano izquierda (recuadro izquierdo) y de mano derecha (recuadro derecho). Tras la magnetización (rojo), las paredes del dominio de la muestra se acercan y se aniquilan o combinan (recuadro inferior). CRÉDITO Imagen cortesía del Laboratorio Nacional de Oak Ridge. |
Resumen:
La ciencia
Los átomos en los materiales magnéticos están organizados en regiones llamadas dominios magnéticos. Dentro de cada dominio, los electrones tienen la misma orientación magnética. Esto significa que sus giros apuntan en la misma dirección. Las «paredes» separan los dominios magnéticos. Un tipo de pared tiene rotaciones de giro que son hacia la izquierda o hacia la derecha, lo que se conoce como quiralidad. Cuando se exponen a un campo magnético, las paredes de los dominios quirales se acercan entre sí, lo que hace que los dominios magnéticos se contraigan. Los investigadores han desarrollado un material magnético cuyo grosor determina si las paredes del dominio quiral tienen la misma mano o alternan. En el último caso, la aplicación de un campo magnético conduce a la aniquilación de las paredes del dominio en colisión. Los investigadores combinaron la dispersión de neutrones y la microscopía electrónica para caracterizar estas características microscópicas internas, lo que condujo a una mejor comprensión del comportamiento magnético.
Los científicos controlan el magnetismo a nivel microscópico: los neutrones muestran un comportamiento atómico notable en materiales termoeléctricos para una conversión más eficiente del calor en electricidad
Washington, DC | Publicado el 26 de agosto de 2022
El impacto
Un campo emergente de tecnología llamado espintrónica involucra el procesamiento y almacenamiento de información usando el espín de un electrón en lugar de su carga. La capacidad de controlar esta propiedad fundamental podría abrir nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos electrónicos. En comparación con la tecnología actual, estos dispositivos podrían almacenar más información en menos espacio y operar a mayor velocidad consumiendo menos energía. Este estudio muestra una forma de cambiar la dirección de rotación y la apariencia de los pares de paredes de dominio. Esto sugiere una posible forma de controlar las propiedades y el movimiento de la pared del dominio. Los resultados podrían tener implicaciones para las tecnologías basadas en la espintrónica.
resumen
La capacidad de manipular el movimiento de la pared del dominio sigue siendo un desafío, ya que los dominios típicamente magnéticos pueden cambiar su orientación al azar. Además, los límites de los dominios se mueven de manera impredecible a medida que se reducen los tamaños de los dominios para acomodar mayores densidades de almacenamiento de información. Sin embargo, una clase de materiales llamados imanes quirales ha mostrado el potencial para mitigar el comportamiento aleatorio de las paredes de dominio. Esto se debe a que los imanes quirales tienen estructuras de espín complicadas que ayudan a reducir la inversión aleatoria del dominio.
Investigadores de la Universidad de Indiana – Universidad Purdue de Indianápolis, el Laboratorio Nacional Oak Ridge, la Universidad Estatal de Luisiana, la Universidad Estatal de Norfolk, el Instituto Peter Grünberg y la Universidad de Luisiana en Lafayette desarrollaron un material magnético quiral intercalando átomos de manganeso entre capas hexagonales de compuestos de disulfuro de niobio insertados. Al realizar experimentos de neutrones en el Reactor de isótopos de alto flujo (HFIR), el equipo pudo analizar la nanoestructura magnética del material cuando se expone a diferentes temperaturas y campos magnéticos. Estas medidas se combinaron con la caracterización mediante microscopía electrónica de transmisión de Lorentz, lo que permitió una comprensión más completa del comportamiento magnético. Los datos del equipo sugieren que cambiar el grosor del imán quiral puede hacer que algunos pares de paredes de dominio giren en direcciones opuestas, lo que se conoce como quiralidad opuesta. Además, los investigadores encontraron que las paredes de dominio con quiralidad opuesta se mueven una hacia la otra y se aniquilan cuando se exponen a un campo magnético externo. Los resultados podrían respaldar futuras investigaciones sobre el control de las propiedades magnéticas para aplicaciones tecnológicas.
financiación
La investigación fue apoyada por el Programa de Estímulo de Investigación Competitiva establecido por el Departamento de Energía (DOE), la Fundación Nacional de Ciencias, el Consejo Europeo de Investigación, la Fundación Alemana de Investigación y la Junta de Regentes de Luisiana. La investigación se llevó a cabo en el Reactor de isótopos de alto flujo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
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