Las estructuras de vórtice magnético, llamadas skyrmions, podría en un futuro procesar y almacenar la información de manera muy eficiente. También podrían ser la base de componentes de alta frecuencia. Un equipo de físicos ha logrado caracterizar las propiedades electromagnéticas como aislante, semiconductor y conductor de los materiales skyrmion, y ha desarrollado una descripción teórica unificada de su comportamiento.
Esto sienta las bases para unos componentes electrónicos futuros con propiedades especialmente diseñadas.
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| Los materiales magnéticos quirales prometen un montón de nuevas funcionalidades con un interesante juego de las propiedades electrónicas y magnéticas. Crédito ilustración: Christoph Hohmann / NIM |
Hace más de seis años, los físicos de la Universidad Técnica de Múnich descubrieron estructuras de vórtice magnético extremadamente estables en una aleación metálica de manganeso y silicio. Desde entonces, han ido desarrollando esta tecnología, junto con los físicos teóricos de la Universidad de Colonia.
Con vórtices magnéticos microscópicos y fáciles de mover, los componentes informáticos pueden necesitar 10.000 veces menos electricidad que hoy día, además de almacenar cantidades mucho más grandes de datos. Los resultados recientes de investigación mostraron que las propiedades electromagnéticas únicas de los skyrmions también podrían utilizarse para la construcción de receptores y transmisores de más eficientes y pequeños microondas.
Conductores, semiconductores y aislantes
La producción de los chips de computadores requiere materiales aislantes, semiconductor y conductores. Hoy en día, las estructuras de vórtice magnético están disponibles para todas las tres clases de materiales. Una ventaja importante es que estos vórtices responden fácilmente a campos alternos así que la información puede ser procesada en tasas elevadas. Un equipo de físicos de la Universidad Técnica de Munich, la Universidad de Colonia y de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suiza) examinó el comportamiento dinámico de esos tres materiales.
Con los resultados de sus mediciones, el equipo desarrolló una descripción teórica del comportamiento válido para las tres clases de materiales. "Con esta teoría, hemos establecido una base importante para seguir avanzando", señala el profesor Dirk Grundler, cátedrático de Física de multicapas funcionales en la TU München. "En el futuro, seremos capaces de identificar materiales con las propiedades específicas que necesitamos para dispositivos funcionales."
Dispositivos de frecuencia extremadamente compactos
Las típicas frecuencias de resonancia de los skyrmions están en el rango de las microondas -la gama de frecuencia de los teléfonos móviles-, el Wi-Fi y muchos otros tipos de controles remotos microelectrónicos. Gracias a la solidez de los vórtices magnéticos y su facilidad de excitabilidad, los materiales skyrmions podrían ser la base de transmisores y receptores de microondas de alta eficiencia.
Mientras que la longitud de onda de las microondas electromagnéticas suelen estar normalmente en rango de centímetros, las longitudes de onda de las ondas de spin magnéticos, llamados magnones, son 10.000 veces más pequeñas. "En el área de microelectrónica, se podrían desarrollar dispositivos totalmente nuevos y mucho más compactos partiendo de nanomateriales magnéticos, como es el caso de los materiales skyrmion", dice Grundler.
Además del propio material, su forma también influye significativamente en las propiedades electromagnéticas del dispositivo. Aquí también, la recién desarrollada teoría resulta muy útil. Se puede predecir qué forma produce las mejores propiedades para qué material.
"Materiales magnéticos quirales prometen un montón de nuevas funcionalidades con una interesante interacción de propiedades electrónicas y magnéticas," añade el Dr. Markus Garst, físico del Instituto de Física Teórica de la Universidad de Colonia. "Pero para todas las aplicaciones, es esencial para predecir las posibilidades y limitaciones de los distintos materiales. Hemos dado un gran paso más cercano a lograr este objetivo."
El trabajo fue financiado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC Advanced Grant), la Deutsche Forschungsgemeinschaft (TRR 80, SFB 608 y la Nanosystems Initiative Munich, NIM), así como la Escuela de graduados de la TUM.
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- Fuente: University of Cologne, vía AlphaGalileo.org .
- Publicación: T. Schwarze, J. Waizner, M. Garst, A. Bauer, I. Stasinopoulos, H. Berger, C. Pfleiderer, D. Grundler. Universal helimagnon and skyrmion excitations in metallic, semiconducting and insulating chiral magnets. Nature Materials, 2015; DOI: 10.1038/nmat4223 .
