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(noticias nanowerk) Los iones de lúpulo, estructuras de espín magnético predichas hace décadas, se han convertido en los últimos años en un tema de investigación candente y desafiante. En un estudio publicado en Naturaleza (“Anillos de lúpulo en un imán cúbico quiral”), una colaboración de investigación sueco-alemana-china presenta la primera evidencia experimental.
«Nuestros resultados son importantes tanto desde una perspectiva fundamental como aplicada, ya que ha surgido un nuevo puente entre la física experimental y la teoría matemática abstracta, que puede llevar a que los iones de Hopf encuentren aplicación en la espintrónica», afirma Philipp Rybakov, investigador del departamento de Física y Tecnología. Astronomía en la Universidad de Uppsala, Suecia.
Una comprensión más profunda de cómo funcionan los diferentes componentes de los materiales es importante para el desarrollo de materiales innovadores y tecnologías futuras. Por ejemplo, el campo de investigación de la espintrónica, que estudia el espín de los electrones, ha abierto oportunidades prometedoras para combinar la electricidad y el magnetismo de los electrones para aplicaciones como la nueva electrónica, etc.
Los skyrmions y hopfions magnéticos son estructuras topológicas: configuraciones de campo bien localizadas que han sido un tema de investigación candente en la última década debido a sus propiedades únicas similares a las de las partículas, lo que las convierte en objetos prometedores para aplicaciones espintrónicas. Los skyrmions son hebras bidimensionales similares a vórtices, mientras que los hopfions son estructuras tridimensionales dentro de un volumen de muestra magnético que, en el caso más simple, se asemejan a hebras de skyrmion cerradas y retorcidas en forma de anillo en forma de rosquilla (ver figura a continuación). .
A pesar de las extensas investigaciones realizadas en los últimos años, la observación directa de iones de lúpulo magnéticos sólo se ha descrito en material sintético. Este trabajo actual es la primera evidencia experimental de que tales estados se estabilizan en un cristal de placas de FeGe tipo B20 mediante microscopía electrónica de transmisión y holografía.
Los resultados son altamente reproducibles y totalmente consistentes con las simulaciones micromagnéticas. Los investigadores proporcionan una clasificación unificada de homotopía skyrmion-hopfion y brindan información sobre la diversidad de solitones topológicos en imanes quirales tridimensionales.
Los resultados abren nuevos campos en la física experimental: identificar otros cristales en los que los iones de Hopf son estables, estudiar la interacción de los iones de Hopf con corrientes eléctricas y de espín, la dinámica de los iones de Hopf y más.
“Debido a que el objeto es nuevo y muchas de sus propiedades interesantes aún no se han descubierto, es difícil hacer predicciones sobre aplicaciones espintrónicas específicas. Sin embargo, podemos especular que los hopfiones podrían ser de mayor interés cuando casi todas las tecnologías desarrolladas con skyrmions magnéticos pasen a la tercera dimensión: la memoria de pista, la computación neuromórfica y los qubits (unidad básica de información cuántica). En comparación con los skyrmions, los hopfions tienen un grado adicional de libertad debido a su tridimensionalidad y, por lo tanto, pueden moverse en tres dimensiones en lugar de dos”, explica Rybakov.
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