El descubrimiento de la nanorred magnética 3D podría permitir una nueva generación de tecnologías de almacenamiento 3D
Investigadores de la Universidad de Viena han diseñado una nueva nanored magnética 3D, donde los monopolos magnéticos emergen debido a la creciente frustración magnética entre los nanoelementos y son estables a temperatura ambiente. Crédito: © Universidad Sabri Koraltan de Viena
La nanomalla tridimensional (3D) promete una nueva era en la física moderna del estado sólido con numerosas aplicaciones en fotónica, biomedicina y espintrónica. La realización de nanoarquitecturas magnéticas 3D puede permitir dispositivos de almacenamiento de datos ultrarrápidos y energéticamente eficientes. Debido a las interacciones magnéticas en competencia en estos sistemas, pueden surgir cargas magnéticas o monopolos magnéticos, que pueden usarse como portadores de información binaria móviles. Investigadores de la Universidad de Viena diseñaron la primera red de hielo artificial en 3D que alberga cargas magnéticas sueltas. Los resultados publicados en la revista materiales computacionales npj presentan una primera demostración teórica de que, en la nueva red, los monopolos magnéticos son estables a temperatura ambiente y pueden ser impulsados bajo demanda por campos magnéticos externos.
Los monopolos magnéticos emergentes se observan en una clase de materiales magnéticos llamados hielos de espín. Sin embargo, las escalas atómicas y las bajas temperaturas requeridas para su estabilidad limitan su controlabilidad. Esto condujo al desarrollo del hielo de espín artificial 2D, donde los momentos atómicos individuales son reemplazados por nanoislas magnéticas dispuestas en diferentes celosías. El aumento de escala permitió el estudio de monopolos magnéticos emergentes en plataformas más accesibles. La inversión de la orientación magnética de nano-islas específicas propaga los monopolos un vértice hacia adelante, dejando un rastro detrás. Este rasgo, Dirac Strings, almacena necesariamente energía y une los monopolos, lo que limita su movilidad.
Los investigadores de Sabri Koraltan y Florian Slanovc, y dirigidos por Dieter Suess en la Universidad de Viena, han diseñado ahora una primera red de hielo de espín artificial en 3D que combina las ventajas de los hielos de espín artificial atómico y 2D.
En cooperación con el grupo de Nanomagnetismo y Magnónica de la Universidad de Viena y la División Teórica del Laboratorio de Los Alamos, EE.UU., se estudian los beneficios de la nueva red mediante simulaciones micromagnéticas. Aquí, las nano-islas planas 2D se reemplazan por elipsoides rotacionales magnéticos y se utiliza una red tridimensional de alta simetría. “Debido a la degeneración del estado fundamental, la tensión de las cuerdas de Dirac desaparece, desatando los monopolos magnéticos”, comenta Sabri Koraltan, uno de los primeros autores del estudio. Los investigadores llevaron el estudio a la siguiente etapa, donde en sus simulaciones se propagó un monopolo magnético a través de la red mediante la aplicación de campos magnéticos externos, demostrando su aplicación como portadores de información en una nano-red magnética 3D.
Sabri Koraltan agrega: «Hacemos uso de la tercera dimensión y alta simetría en la nueva red para desacoplar los monopolos magnéticos y moverlos en las direcciones deseadas, casi como electrones reales». El otro primer autor, Florian Slanovc, concluye: «La estabilidad térmica de los monopolos alrededor de la temperatura ambiente y superiores puede sentar las bases para una nueva generación de tecnologías de almacenamiento 3D».
Referencia: «Cuerdas Dirac sin tensión y cargas magnéticas dirigidas sobre hielo artificial 3D» por Sabri Koraltan, Florian Slanovc, Florian Bruckner, Cristiano Nisoli, Andrii V. Chumak, Oleksandr V. Dobrovolskiy, Claas Abert y Dieter Suess, 5 de agosto de 2021 , materiales computacionales npj.
DOI: 10.1038 / s41524-021-00593-7
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