Visitas: 175
28.03.2019 | By: Sebastian Jutzi ETH News
Investigadores del Instituto Paul Scherrer, PSI en Villigen y ETH Zurich, han descubierto un fenómeno especial en los imanes. Este fenómeno tiene lugar en la nanoescala y permite que los imanes se armen en configuraciones inusuales, lo que también podría ser útil para la tecnología informática y el almacenamiento de datos.
Cortesia ETH: Los imanes se caracterizan por el hecho de que tienen un polo norte y un polo sur. Si dos imanes comunes se mantienen cerca uno del otro, los polos opuestos se atraen y los polos similares se repelen entre sí. Esta es la razón por la que las agujas magnéticas, como las que se encuentran en una brújula, se alinean en el campo magnético de la Tierra para que podamos usarlas para determinar las direcciones cardinales del Norte y del Sur y, derivadas de este, del Este y el Oeste. En el mundo que experimentamos cada día con nuestros sentidos, esta regla es correcta. Si abandonas el mundo macroscópico y te sumerges en profundidades de dimensiones mucho más pequeñas, esto cambia. Investigadores del Instituto Paul Scherrer, PSI y ETH Zurich, ahora han descubierto una interacción magnética muy especial a nivel de estructuras nanoscópicas hechas de capas magnéticas de solo unos pocos átomos de espesor.
Los átomos actúan como diminutas agujas de brújula y despliegan su efecto en distancias diminutas en el rango del nanómetro, por ejemplo, unas millonésimas de milímetro. Es por eso que los investigadores también hablan de nanomagnetos.
El fenómeno que los investigadores de PSI ahora han podido observar se basa en una interacción que los dos físicos Igor Dzyaloshinskii y Toru Mariya predijeron hace más de 60 años. «Ese fue nuestro punto de partida», dice Zhaochu Luo, físico de PSI y ETH Zurich.
Acoplamiento de átomos noroeste y sudeste.
En esta interacción, las agujas de la brújula atómica no solo se alinean en una dirección Norte-Sur, sino también en una dirección Este-Oeste. «El punto al que apuntan depende de cómo se orienten los átomos en su vecindario», dice Zhaochu Luo, primer autor del estudio. Por ejemplo, si un grupo de átomos apunta al Norte, el grupo vecino siempre apunta al Oeste. Si un grupo de átomos apunta hacia el Sur, entonces los átomos vecinos se orientan hacia el Este.
Estas orientaciones pueden invertirse mediante campos magnéticos o corrientes eléctricas, es decir, de norte a sur y viceversa. Los grupos atómicos vecinos se reorientan en consecuencia, ya sea de oeste a este o viceversa.
Los investigadores descubrieron el acoplamiento de la orientación Noroeste y Sureste con la ayuda de una capa de átomos de cobalto de solo 1,6 nanómetros de espesor, que se colocó entre una capa de platino en un lado y una capa de óxido de aluminio en el otro. «El desarrollo de estas capas especiales solo para nuestros experimentos tomó alrededor de medio año», dice Zhaochu Luo, quien trabaja en el grupo de investigación de Sistemas mesoscópicos de Laura Heyderman en PSI.
Lo que es inusual es que esta interacción tiene lugar lateralmente en un plano. Anteriormente, los acoplamientos comparables entre nanomagnetos solo podían detectarse verticalmente, con grupos de átomos dispuestos uno encima del otro.
El fenómeno observado conjuntamente por los investigadores de PSI y ETH Zurich permite el desarrollo de redes magnéticas planas. Entre otras cosas, se pueden producir antiferromagnéticos sintéticos. En estos antiferromagnetos, los grupos atómicos apuntan al Norte o al Sur a intervalos regulares. El número de nanomagnetos opuestos es aproximadamente el mismo, de modo que se neutralizan mutuamente en suma. Por eso, a primera vista, los antiferromagnetos no actúan como imanes, por ejemplo, no se adhieren a la puerta de la nevera. Los átomos vecinos, que están orientados al oeste o al este, actúan como espaciadores que separan los imanes que apuntan al norte o al sur, cada uno de los cuales es tan pequeño como unos pocos nanómetros. Esto hace posible, por ejemplo, construir memorias y conmutadores de computadora nuevos y más eficientes, lo que a su vez hace que los microprocesadores sean más potentes.
Puertas lógicas para ordenadores.
Los nanomagnetos individuales, que se enfrentan al Norte o al Sur, son adecuados para construir puertas lógicas. Una puerta lógica es un bloque de construcción en una computadora y funciona como un tipo de interruptor. Las señales entran en estas puertas y luego se procesan en una señal de salida. En una computadora, muchas de estas puertas están conectadas en red para realizar operaciones. Una puerta de este tipo también puede construirse con la ayuda de nanomagnetos alineados al Norte o al Sur. Estos son análogos a los procesadores utilizados comúnmente hoy en día con transistores que procesan señales en forma binaria, que interpretan todas las señales como cero o uno. Los nanomagnetos que están orientados al Norte o al Sur también pueden hacer esto. Esto podría hacer que los microprocesadores sean más compactos y eficientes.
Según el profesor Pietro Gambardella, quien supervisó este estudio con la profesora Laura Heyderman, «este trabajo proporciona una plataforma para diseñar matrices de nanomagnetos vinculados y lograr un control completamente eléctrico de puertas lógicas planas y dispositivos de almacenamiento», según informó Science esta semana. .
Además de los métodos basados en laboratorio, los investigadores lograron sus resultados por medio de microscopía fotoelectrónica de rayos X en Swiss Light Source SLS de PSI.
Referencia
Luo Z, Phuong Dao T, Hrabec A, Vijayakumar J, Kleibert A, Baumgartner M, Kirk E, Cui J, Savchenko T, Krishnaswamy G, Heyderman LJ, Gambardella P. Chirally nanomagnets acoplados. Science (2019), publicado en Internet el 28 de marzo, doi: 10.1126 / science.aau7913
Dejar una contestacion