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. Es por eso que las agujas magnéticas, como las que se encuentranen una brújula, se alinean en el campo magnético de la Tierra para que podamos usarlos para determinar las direcciones cardinales Norte y Sur y, derivadas de esto, Este y Oeste. En el mundo que experimentamos todos los días con nuestros sentidos, esta regla escorrecto. Sin embargo, si abandonas el mundo macroscópico y te sumerges en profundidades de dimensiones mucho más pequeñas, esto cambia. Investigadores del Instituto Paul Scherrer PSI y el ETH Zurich han descubierto una interacción magnética muy especial a nivel de estructuras nanoscópicas hechas de material magnético.capas de solo unos pocos átomos de espesor.
Los átomos actúan como pequeñas agujas de brújula y despliegan su efecto a través de pequeñas distancias en el rango de nanómetros, lo que significa unas pocas millonésimas de milímetro. Es por eso que los investigadores también los llaman nanomagnets.
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 PSIy 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 lugar donde apuntan depende de cómo se orientan 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. Y si un grupo de átomos apunta al 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 Sudeste con la ayuda de una capa de átomos de cobalto de solo 1,6 nanómetros de espesor, que se intercala entre una capa de platino en un lado y una capa de óxido de aluminio en el otro ".El desarrollo de estas capas especiales para nuestros experimentos solo tomó aproximadamente medio año ", dice Zhaochu Luo. Trabaja en el grupo de investigación de Sistemas Mesoscópicos en PSI dirigido por Laura Heyderman, quien también es profesora en ETH Zurich.
Lo que es inusual es que esta interacción tiene lugar lateralmente, es decir, en un plano. Anteriormente, los acoplamientos comparables entre nanomagnets 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 antiferromagnéticos, los grupos atómicos apuntan al Norte o al Sur a intervalos regulares. El número de nanoimanes opuestoses aproximadamente lo mismo, de modo que se neutralizan entre sí en suma. Es por eso que, a primera vista, los antiferromagnéticos no actúan como imanes, por ejemplo, no se adhieren a la puerta de un refrigerador.
Los átomos vecinos, que están orientados hacia el oeste o hacia el 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 permite, por ejemplo, construirmemorias e interruptores de computadora nuevos y más eficientes, lo que a su vez hace que los microprocesadores sean más potentes.
Puertas lógicas para computadoras
Los nanoimanes individuales, que están orientados hacia el norte o hacia el sur, son adecuados para construir puertas lógicas. Una puerta lógica es un bloque de construcción en una computadora y funciona como una especie de interruptor. Las señales ingresan a estas puertas y luego se procesan en una señal de salidaEn una computadora, muchas de estas compuertas están conectadas en red para realizar operaciones. Dicha compuerta también se puede construir con la ayuda de nanoimanes alineados al norte o al sur. Estos son análogos a los procesadores comúnmente utilizados hoy en día con transistores que procesan señales en forma binaria.que interpretan todas las señales como cero o uno. Los nanoimanes orientados al norte o al sur también pueden hacer esto. Esto podría hacer que los microprocesadores sean más compactos y eficientes.
Según Pietro Gambardella, quien supervisó este estudio con Laura Heyderman, "este trabajo proporciona una plataforma para diseñar matrices de nanoimanes conectados y lograr el control totalmente eléctrico de puertas lógicas planas y dispositivos de almacenamiento", escriben ahora los científicos ciencia .
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Materiales proporcionado por Instituto Paul Scherrer . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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