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En un experimento que podría ayudar a desarrollar nuevos dispositivos espintrónicos de baja potencia, los investigadores y colaboradores de RIKEN utilizaron calor y campos magnéticos para producir transformaciones entre texturas de espín (vórtices y antivórtices magnéticos, conocidos como skyrmions y antiskyrmions) en un delgado disco monocristalino. dispositivo. Es importante destacar que lo lograron a temperatura ambiente.
Los científicos utilizan el calor para crear transformaciones entre skyrmions y antiskyrmions
Wako, Japón | Publicado el 12 de enero de 2024
Los skyrmions y antiskyrmions, que son texturas que existen en materiales magnéticos especiales y afectan el giro de los electrones en el material, son un área activa de investigación, ya que podrían usarse para dispositivos de almacenamiento de próxima generación, por ejemplo, con skyrmions como Bit «1» y antiskyrmions un bit «0». En el pasado, los científicos pudieron moverlos de diversas formas y crear transformaciones entre ellos utilizando corriente eléctrica. Sin embargo, dado que los dispositivos electrónicos actuales consumen energía eléctrica y generan calor residual, los investigadores del grupo dirigido por Xiuzhen Yu en el Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente decidieron encontrar una manera de crear transformaciones utilizando gradientes térmicos.
Yu dice: «Dado que aproximadamente dos tercios de la energía producida por las centrales eléctricas, los automóviles, los incineradores y las fábricas se desperdicia en forma de calor, pensamos que era importante intentar crear transformaciones entre skyrmions y anti-skyrmions, algo que ya se había hecho antes de utilizar .» de energía eléctrica – usando calor.”
Para llevar a cabo la investigación, publicada en Nature Communications, los investigadores utilizaron un haz de iones enfocado, un sistema de fabricación de alta precisión, para crear un microdispositivo a partir del enorme imán monocristalino (Fe0,63Ni0,3Pd0,07)3P, que está hecho de hierro. . átomos de níquel, paladio y fósforo y luego utilizó la microscopía de barrido de Lorentz, un método avanzado para estudiar las propiedades magnéticas de los materiales a escalas muy pequeñas.
Descubrieron que cuando se aplicaba al cristal un gradiente de temperatura al mismo tiempo que un campo magnético, los antiskyrmions contenidos en él se convertían primero en burbujas no topológicas – una especie de estado de transición entre skyrmions y antiskyrmions – y luego en skyrmions, como el El gradiente de temperatura aumentó. Luego permanecieron en una configuración estable como skyrmions incluso cuando se eliminó el gradiente térmico.
Este resultado fue consistente con las expectativas teóricas, pero un segundo resultado sorprendió al grupo. Fehmi Sami Yasin, investigador postdoctoral del grupo de Yu, explica: «También nos sorprendió descubrir que el gradiente térmico sin la aplicación del campo magnético conducía a una conversión de skyrmions en antiskyrmions, que también permanecían estables en el material».
«Lo interesante de esto», continúa, «es que podríamos utilizar un gradiente térmico (esencialmente calor residual) para impulsar una transformación entre skyrmions y antiskyrmions, dependiendo de si se aplica o no un campo magnético». La nota es que pudimos hacer esto a temperatura ambiente. Esto podría allanar el camino para un nuevo tipo de dispositivo de almacenamiento de información, como los dispositivos de almacenamiento no volátiles que utilizan el calor residual”.
Yu dijo: «Estamos muy entusiasmados con su descubrimiento y planeamos continuar nuestro trabajo en la manipulación de skyrmions y antiskymions de formas nuevas y más eficientes, incluido el control térmico del movimiento antiskyrmion, con el objetivo de construir dispositivos termoespintrónicos y otros dispositivos espintrónicos reales». podría utilizarse en nuestra vida cotidiana. Para fabricar mejores dispositivos, necesitamos estudiar a fondo diferentes diseños y geometrías de dispositivos”.
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