Los skyrmions magnéticos son entidades diminutas, que se manifiestan en materiales magnéticos, que consisten en giros localizados en la dirección de magnetización del medio. Cada skyrmion es altamente estable porque eliminarlo requiere desenroscar la dirección de magnetización del material, como un nudo en una cuerdasolo se puede desatar sacando el resto de la cuerda del nudo. Los skyrmions magnéticos son un candidato prometedor para los dispositivos de almacenamiento magnético de próxima generación debido a su estabilidad y tamaño pequeño, con anchos de 50 nanómetros o menos, ocupan solo unfracción del área de bits magnéticos en los discos duros actuales. Por esta razón, los investigadores han estado buscando intensamente materiales que puedan contener skyrmions magnéticos y estudiando sus propiedades eléctricas y magnéticas.
Recientemente, un equipo de científicos en Singapur e Israel ha anunciado un avance importante en la comprensión del comportamiento de los skyrmions magnéticos. Han demostrado, por primera vez, que la presencia de skyrmions magnéticos está vinculada inequívocamente a un fenómeno conocido comoEl efecto Hall topológico, que describe cómo las corrientes eléctricas son desviadas por un campo magnético emergente de un skyrmion. El trabajo fue publicado en marzo de 2019 en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
El equipo estudió un nanomaterial sintético optimizado para albergar skyrmions magnéticos, compuesto de capas consecutivas de iridio, hierro, cobalto y platino, cada uno con un grosor de un nanómetro o menos. En 2017, el mismo nanomaterial había proporcionado la evidencia más temprana de laEfecto Hall topológico a temperatura ambiente, observado por el grupo de investigación de Christos Panagopoulos en la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur NTU Singapur, quien también dirigió el presente trabajo. El profesor Panagopoulos y sus colegas demostraron que la resistividad Hall del nanomaterial - la relaciónde voltaje transversal a corriente eléctrica en presencia de un campo magnético que contenía anomalías que eran difíciles de explicar, excepto por el efecto de los skyrmions magnéticos.
"Lo interesante de la forma en que los skyrmions influyen en la resistividad de Hall es que depende de cómo la magnetización se retuerce alrededor de cada skyrmion", explica Panagopoulos. "Matemáticamente, tales giros se llaman características 'topológicas', por lo que el fenómeno físico esdenominado "efecto Hall topológico".
Sin embargo, algunos aspectos de los experimentos de 2017 siguieron siendo difíciles de explicar. Los datos parecían indicar que las anomalías en la resistividad de Hall eran 100 veces mayores que las predicciones teóricas basadas en el efecto de Hall topológico. Para establecer una conexión definitiva, las mediciones eléctricasnecesitaba ser cuidadosamente emparejado con observaciones directas de skyrmions magnéticos. Para lograr esto, el grupo Panagopoulos colaboró con el laboratorio de Ophir Auslaender en Technion, el Instituto de Tecnología de Israel. Utilizando un microscopio de fuerza magnética de baja temperatura de última generación,el grupo de Auslaender obtuvo imágenes muy precisas de los skyrmions en el nanomaterial. Notablemente, encontraron que ciertos patrones de magnetización "parecidos a gusanos" estaban formados por múltiples skyrmions unidos.
Al combinar mediciones eléctricas de Hall e imágenes magnéticas, la colaboración logró reducir significativamente la discrepancia entre la teoría y el experimento. "Lo primero que nos dimos cuenta fue que el número de skyrmions magnéticos había sido subestimado por un factor de diez", dice M.Raju, investigador de NTU y uno de los principales autores del estudio. "Profundizando, pudimos demostrar que la cantidad de skyrmions magnéticos es directamente proporcional a la resistividad topológica de Hall. Esto proporciona evidencia concluyente de que los skyrmions sonresponsable, no otro fenómeno desconocido ".
A pesar de este avance, el profesor Panagopoulos señala que la resistividad topológica de Hall sigue siendo mayor de lo que predice la teoría, y sugiere que la discrepancia restante puede ser una cuestión de limitaciones teóricas. "El concepto de efecto Hall topológico se basa en suposiciones, como la adiabaticidad, queson teóricamente convenientes pero pueden no ser precisos para materiales reales ", señala." Con la ayuda de estos métodos experimentales mejorados, estamos construyendo una comprensión más sofisticada de cómo las cargas eléctricas interactúan con el espín magnético en estos materiales importantes y tecnológicamente prometedores."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Nanyang, Facultad de Ciencias . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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