Identifican un tipo de partícula que podría ser clave para futuros desarrollos tecnológicos

Un equipo de investigadores del CONICET en el Instituto de Física de Líquidos y Sistemas Biológicos (IFLYSIB, CONICET-UNLP) formó parte de una colaboración internacional que acaba de hacer un aporte trascendente en un campo tecnológico emergente conocido como espintrónica –debe su nombre al espín, una propiedad intrínseca de los electrones– al identificar experimentalmente por primera vez un tipo de skyrmion magnético, es decir una estructura nanométrica (del orden de la mil millonésima parte de un milímetro) similar a una partícula, cuyas características únicas permitirían a futuro el desarrollo de dispositivos con mayor capacidad de almacenamiento y velocidad en el procesamiento de datos. Los resultados del estudio fueron publicados días atrás en la prestigiosa revista Nature.

“Los skyrmiones son entidades que en esencia se configuran como cuantos, o bits de memoria, muy fáciles de manipular en comparación con otras formas de almacenamiento de información”, describe Daniel Cabra, investigador del CONICET en el IFLYSIB y uno de los autores del trabajo. “El problema es que cuando se los quiere mover, con una corriente eléctrica, por ejemplo, se desvían por efecto de la interacción de esa corriente y su estructura”, apunta.

En este trabajo, los expertos argentinos combinaron sus conocimientos en materia de modelado teórico con las observaciones experimentales de colegas del Instituto Paul Scherrer de Suiza. “Ellos estudiaron una estructura cristalina compleja diseñada a partir de distintos componentes químicos que es compatible con la existencia de estos skyrmiones, pero no los pueden ver directamente”, cuenta Diego Rosales, investigador del CONICET en el IFLYSIB y autor del trabajo. “Entonces, nosotros hicimos el análisis teórico hasta dar con un modelo que se ajustaba bien con sus resultados, y logramos identificar mediante una simulación de qué tipo de skyrmion se trataba”, agrega la investigadora del CONICET en el IFLYISB y también parte del proyecto Flavia Gómez Albarracín.

Lo que los expertos pudieron hallar es un nuevo tipo de skyrmion que está integrado por tres skyrmiones entrelazados como en un remolino, que se encuentra en una fase topológica, es decir inalterable ante los cambios del entorno. “Esto hace que sean más robustos y difíciles de desarmar, lo que consecuentemente los vuelve más estables”, comenta Rosales.

Además, este nuevo tipo de skyrmion tiene propiedades antiferromagnéticas: “Es como si tuviéramos dos imanes que se atraen o repelen de acuerdo a la manera en que uno los ubica. En la materia hay un número muy grande de imancitos que tienen este comportamiento. Cuando todos tienden a alinearse hacia el mismo lado se dice que es un sistema ferromagnético. En el caso de estos skyrmiones, se anti-alinean, por lo que su interacción es antiferromagnética. La ventaja de esto es que precisamente no van a desviarse, entonces una corriente eléctrica solo los movería en línea recta dentro de un dispositivo. Y es la primera vez que se observa esta característica”, apunta Cabra.

Según explica Gómez Albarracín, “este es un primer paso para proponer sistemas donde estos skyrmiones estén aislados y se puedan manipular. Lo que sigue es crearlos de manera individual a temperatura ambiente de forma estable y controlada, lo que haría que su aplicación práctica no esté tan lejos”. Para la experta, este avance tiene fuerte implicancia en “tecnologías que requieren el almacenamiento de información”, gracias a la estabilidad de estos skyrmiones. “Con estos cuantos de información tan pequeños, habría un aumento sustancial en la capacidad de los discos rígidos, que van a ser más chicos, o iguales pero con mayor espacio, y contarán con más velocidad de lectura y escritura”, cierra Cabra.

Por Marcelo Gisande.

Referencia bibliográfica:

Gao, S., Rosales, H.D., Gómez Albarracín, F.A. et al. Fractional antiferromagnetic skyrmion lattice induced by anisotropic couplings. Nature (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2716-8

Sobre investigación:

Shang Gao. Instituto Paul Scherrer, Suiza.

Héctor Diego Rosales. Investigador adjunto. IFLYSIB.

Flavia Gómez Albarracín. Investigadora adjunta. IFLYSIB.

Vladimir Tsurkan. Universidad de Augsburgo, Alemania.

Guratinder Kaur. Instituto Paul Scherrer, Suiza.

Tom Fennell. Instituto Paul Scherrer, Suiza.

Paul Steffens. Instituto Laue-Langevin, Francia.

Martin Boehm. Instituto Laue-Langevin, Francia.

Petr Čermák. Centro Jülich para la Ciencia de Neutrones, Alemania.

Astrid Schneidewind. Centro Jülich para la Ciencia de Neutrones, Alemania.

Eric Ressouche. Universidad de Grenoble, Francia.

Daniel Cabra. Investigador principal. IFLYSIB.

Christian Rüegg. Instituto Paul Scherrer, Suiza.

Oksana Zaharko. Instituto Paul Scherrer, Suiza.