La búsqueda del extraño aberración Skyrmion falta, pero encuentra un extraño collar de cuentas magnéticas

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Los físicos que buscan un patrón de giro magnético raramente visto han descubierto otro objeto con sus propias marcas distintivas, oculto en la estructura de películas magnéticas ultradelgadas, que han llamado un cristal de giro inconmensurable.

Un equipo de la Universidad de Warwick informa los hallazgos en la revista. Comunicaciones de la naturaleza, lo que podría ofrecer nuevas posibilidades para tecnologías como la memoria y el almacenamiento de computadoras.

Inicialmente, los investigadores se propusieron encontrar un Skyrmion, una estructura de espín magnético giratorio que, según la teoría, existe en materiales magnéticos particulares y que son de gran interés para los físicos debido a sus propiedades únicas y al potencial para una nueva generación de almacenamiento de datos energéticamente eficiente. Para encontrarlos, los científicos buscan un comportamiento anormal del efecto Hall; esto hace que los electrones que se mueven a través de un material conductor se comporten de manera diferente, medida como resistividad.

Para inducir este efecto, el equipo creó muestras combinando una película extremadamente delgada de un material ferroeléctrico, titanato de plomo, con otra película delgada de un ferromaimán, el rutanato de estroncio. Estas capas son atómicamente planas, con un grosor de solo cinco o seis celdas (3 nanómetros).

La capa ferroeléctrica induce un campo eléctrico que deforma la estructura atómica del ferromagnet, rompiendo su simetría. Usando microscopía electrónica de precisión atómica, midieron esta ruptura de simetría y también pudieron medir por separado la resistividad eléctrica del material y confirmaron la presencia de características similares al efecto Hall topológico, como se esperaría para un Skyrmion.

Luego, los investigadores utilizaron microscopía de fuerza magnética para examinar la topología de la estructura atómica del material, que formó una red basada en rectángulos, no en hexágonos, como era de esperar. Dentro de esta red hay dominios magnéticos en los que los Skyrmions se encontrarían como partículas individuales aisladas. En cambio, estos dominios se formaron más como cuentas en un alambre o collar, y las cuentas nunca formaron un círculo perfecto.

El autor principal, Sam Seddon, estudiante de doctorado en el Departamento de Física de la Universidad de Warwick, dijo: “Una vez que miras de cerca las imágenes, te das cuenta, en realidad, de que esto no parece un Skyrmion en absoluto.

“Un Skyrmion causa su complicado efecto Hall y cuando se observan efectos similares, a menudo se trata como una firma de Skyrmion. Hemos encontrado una estructura de dominio muy ordenada, tal como se formaría una red de Skyrmion, sin embargo, son simplemente quirales y no están topológicamente protegidas. . Lo que esto muestra con la evidencia de imágenes en el espacio real es que no se necesita un dominio topológico para causar tal efecto Hall “.

Los materiales ferroeléctricos y ferromagnéticos son importantes para tecnologías como la memoria y el almacenamiento de computadoras. Por ejemplo, materiales muy similares al titanato de plomo se utilizan a menudo para la memoria de las computadoras en los sistemas electrónicos automotrices, debido a su robustez y capacidad para operar en temperaturas extremas.

El coautor, el profesor Marin Alexe de la Universidad de Warwick, dijo: “Existe interés en este tipo de interfaces entre materiales ferroeléctricos y ferromagnéticos, así como en nuevos tipos de memoria de computadora. Dado que la polarización ferroeléctrica se puede cambiar a permanentemente, esto modifica un cuanto efecto en un ferromagnet y esto podría darnos la dirección de materiales para las próximas computadoras cuánticas, que necesitarán materiales estables que operen a temperaturas extremas, tengan un bajo consumo de energía y puedan almacenar información durante mucho tiempo, por lo que todos los ingredientes están aquí.

“La topología es la traducción de algunos conceptos matemáticos a la vida real y ahora está en el centro de nuevos descubrimientos en física. En la Universidad de Warwick contamos con una infraestructura extraordinaria y avanzada que nos permite abordar un problema desde un punto de vista teórico, desde mirar la estructura atómica, hasta examinar las propiedades funcionales en temperaturas y campos extremos, particularmente campos magnéticos. Podemos ofrecer la base para que los ingenieros desarrollen nuevas tecnologías “.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Warwick. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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