En un experimento que podría ayudar al desarrollo de nuevos dispositivos de espintrónica con bajo consumo de energía, investigadores de RIKEN y colaboradores han utilizado calor y campos magnéticos para crear transformaciones entre texturas de espín, como los vórtices magnéticos y los antivórtices conocidos como skyrmions y antiskyrmions, en un dispositivo de placa delgada de cristal único. Importante destacar que lograron esto a temperatura ambiente. Los skyrmions y antiskyrmions, que son texturas que existen dentro de materiales magnéticos especiales que involucran el espín de los electrones en el material, son un área activa de investigación, ya que podrían utilizarse en dispositivos de memoria de próxima generación. Por ejemplo, los skyrmions actuarían como el bit «1» y los antiskyrmions como el bit «0». En el pasado, los científicos han logrado moverlos de varias maneras y crear transformaciones entre ellos utilizando corriente eléctrica. Sin embargo, debido a que los dispositivos electrónicos actuales consumen energía eléctrica y generan calor residual, los investigadores del grupo, liderados por Xiuzhen Yu en el Centro RIKEN de Ciencia Emergente de la Materia, decidieron investigar si podían encontrar una manera de crear las transformaciones utilizando gradientes de calor.
Para llevar a cabo la investigación, que ahora se publica en Nature Communications, los investigadores utilizaron un haz de iones focalizados, un sistema de fabricación extremadamente preciso, para crear un microdispositivo a partir del material magnético bulk de cristal único (Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P, compuesto por átomos de hierro, níquel, paladio y fósforo. Luego utilizaron la microscopía de barrido de Lorentz, un método avanzado para examinar las propiedades magnéticas de los materiales a escalas muy pequeñas.
Lo que descubrieron es que cuando se aplicaba un gradiente de temperatura al cristal simultáneamente con un campo magnético, a temperatura ambiente, los antiskyrmions dentro de él se transformaban primero en burbujas no topológicas, un tipo de estado de transición entre skyrmions y antiskyrmions, y luego en skyrmions a medida que se aumentaba el gradiente de temperatura. Luego permanecieron en una configuración estable como skyrmions incluso cuando se eliminó el gradiente térmico. Esto concuerda con las expectativas teóricas, pero un segundo hallazgo sorprendió al grupo. Según Fehmi Sami Yasin, un investigador postdoctoral en el grupo de Yu, «Nos sorprendió descubrir que cuando no se aplicaba campo magnético, el gradiente térmico llevaba a una transformación de skyrmions a antiskyrmions, que también se mantuvieron estables dentro del material.»
Lo emocionante de esto, continúa Yasin, «es que significa que podríamos utilizar un gradiente térmico, básicamente utilizando calor residual, para impulsar una transformación entre skyrmions y antiskyrmions, dependiendo de si se aplica o no un campo magnético. Es especialmente significativo que hayamos podido hacer esto a temperatura ambiente. Esto podría abrir el camino a un nuevo tipo de dispositivos de almacenamiento de información, como dispositivos de memoria no volátil, utilizando calor residual.» Según Yu, «Estamos muy emocionados por este descubrimiento y planeamos continuar nuestro trabajo para manipular skyrmions y antiskyrmions de nuevas y más eficientes maneras, incluido el control térmico del movimiento de antiskyrmions, con el objetivo de construir dispositivos termoespintónicos reales y otros dispositivos de espintrónica que puedan ser utilizados en nuestra vida cotidiana.»
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