{"id":248799,"date":"2017-11-08T19:14:27","date_gmt":"2017-11-08T21:14:27","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=248799\/"},"modified":"2017-11-08T19:35:21","modified_gmt":"2017-11-08T21:35:21","slug":"formas-y-transformaciones","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/formas-y-transformaciones\/","title":{"rendered":"Formas y transformaciones"},"content":{"rendered":"
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Jos\u00e9 Carlos Egues\/ IFSC-USP <\/span><\/a> Vista de perfil: el relieve magn\u00e9tico formado por la concentraci\u00f3n de espines alineados en diferentes sentidosJos\u00e9 Carlos Egues\/ IFSC-USP <\/span><\/p><\/div>\n

Una nueva tecnolog\u00eda que promete un aumento en la capacidad de almacenamiento de los discos de memorias magn\u00e9ticas de las computadoras se asemeja al viejo h\u00e1bito de amarrar un piol\u00edn en un dedo para no olvidarse de algo importante. Sin embargo, en lugar de lazos visibles, la idea consiste en el uso de ciertas propiedades de las part\u00edculas at\u00f3micas para crear intrincados patrones geom\u00e9tricos en materiales que se utilizan para fabricar componentes de microelectr\u00f3nica. A esos patrones se los denomina estados topol\u00f3gicos de la materia. Comenzaron a surgir en laboratorio y se han estudiado minuciosamente en los \u00faltimos a\u00f1os, merced al avance que generaron trabajos publicados en los a\u00f1os 1970 y 1980, que fueron premiados este a\u00f1o con el Nobel de F\u00edsica.<\/p>\n

La idea es algo abstracta. Los \u00e1tomos y algunas de las part\u00edculas que los conforman, como en el caso de los electrones, poseen una propiedad a la que se denomina esp\u00edn, que se comporta en forma similar a la aguja imantada de una br\u00fajula. Bajo el efecto de un campo magn\u00e9tico, los espines de esas part\u00edculas se alinean en un mismo sentido y generan un patr\u00f3n geom\u00e9trico sencillo. Desde hace algunos a\u00f1os, tanto f\u00edsicos como ingenieros vienen desarrollando formas de alterar las direcciones de los espines para generar patrones geom\u00e9tricos m\u00e1s complejos a los cuales se conoce con el nombre de esquirmiones [skyrmions<\/em>)], que se asemejan a un torbellino o remolino.<\/p>\n

Los f\u00edsicos est\u00e1n interesados en los esquirmiones porque el patr\u00f3n que forman es tan dif\u00edcil de deshacer como un nudo ciego en un cordel. Estudios te\u00f3ricos y experimentales indican que pueden resistir las variaciones de temperatura y de campos electromagn\u00e9ticos a los que est\u00e1n sometidos los componentes microelectr\u00f3nicos. Los esquirmiones parecen mantenerse incluso cuando hay impurezas o defectos en los materiales donde ellos se forman. Esa robustez resulta atractiva porque podr\u00eda proteger la informaci\u00f3n codificada en los espines ante un apag\u00f3n involuntario, provocado por alteraciones en la temperatura o por interferencias magn\u00e9ticas.<\/p>\n

Al medir menos de 1 nan\u00f3metro (una millon\u00e9sima de mil\u00edmetro), los esquirmiones podr\u00edan insertarse, seg\u00fan algunos investigadores, entre configuraciones m\u00e1s simples de espines. De esta manera, las informaci\u00f3n codificada en los espines bajo la forma de n\u00fameros binarios \u2012cero o uno\u2012 podr\u00eda preservarse de las perturbaciones magn\u00e9ticas. Los esquirmiones funcionar\u00edan entonces como una especie de coma en una frase, separando secuencias de espines que apuntan en sentidos opuestos.<\/p>\n

Se cree que ser\u00eda posible grabar esa informaci\u00f3n en pel\u00edculas elaboradas con un material magn\u00e9tico y que, excepto por sus dimensiones nanom\u00e9tricas, se asemejar\u00edan a las cintas de los casetes que se usaban anta\u00f1o para grabar m\u00fasica. Los esquirmiones, alrededor de 100 veces menores que los dominios magn\u00e9ticos, los bloques elementales de informaci\u00f3n de los discos r\u00edgidos actuales, permitir\u00edan almacenar 100 veces m\u00e1s informaci\u00f3n que una memoria magn\u00e9tica convencional. \u201cTodav\u00eda faltan algunos a\u00f1os para que pueda desarrollarse una tecnolog\u00eda basada en esquirmiones\u201d, afirma el f\u00edsico te\u00f3rico Jos\u00e9 Carlos Egues, del Instituto de F\u00edsica de S\u00e3o Carlos (IFSC), de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP).<\/p>\n

Por el momento, los investigadores de otros grupos s\u00f3lo consiguieron crear esquirmiones en laboratorio empleando materiales poco convencionales, que presentan estructuras cristalinas de compleja fabricaci\u00f3n y generan fen\u00f3menos f\u00edsicos dif\u00edciles de describir matem\u00e1ticamente. \u201cA\u00fan queda mucho que aprender sobre los esquirmiones\u201d, reconoce el f\u00edsico.<\/p>\n

En un art\u00edculo aceptado recientemente para su publicaci\u00f3n en la revista Physical Review Letters<\/em>, Egues y sus colaboradores presentan c\u00e1lculos que demuestran la posibilidad de crear esquirmiones de manera m\u00e1s sencilla, utilizando un campo el\u00e9ctrico para manipular los espines de los electrones en un filme de arseniato de galio (GaAs), un material com\u00fan muy utilizado por la industria optoelectr\u00f3nica. Seg\u00fan Egues, los c\u00e1lculos de su equipo asumen condiciones realistas, similares a las de experimentos efectuados a\u00f1os atr\u00e1s en laboratorios de Estados Unidos. En los test publicados en 2009, los cient\u00edficos estadounidenses lograron que los espines de los electrones del GaAs generen configuraciones en forma de h\u00e9lice. \u201cUna combinaci\u00f3n correcta de esos patrones helicoidales, en posici\u00f3n ortogonal, nos proporcionar\u00e1 el modelo de esquirmiones que proponemos\u201d, explica Egues, que en el mes de octubre present\u00f3 sus ideas ante f\u00edsicos experimentales europeos que estaban interesados en testearlas.<\/p>\n

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Jos\u00e9 Carlos Egues\/ IFSC-USP <\/span><\/a> Vista superior del torbellino magn\u00e9tico formado por los espines de \u00e1tomos y electrones: un modelo geom\u00e9trico complejo, resistente a las alteraciones de temperatura y a oscilaciones electromagn\u00e9ticasJos\u00e9 Carlos Egues\/ IFSC-USP <\/span><\/p><\/div>\n

Aislantes topol\u00f3gicos<\/strong>
\nCon c\u00e1lculos similares a los que se presentaron en la revista Physical Review Letters<\/em>, Egues y el f\u00edsico Sigurdur Erlingsson, de la Universidad de Reikiavik, en Islandia, hab\u00edan propuesto en 2015 una manera sencilla de transformar radicalmente las propiedades electr\u00f3nicas de una pel\u00edcula de arseniato de indio (InAs), un material tan convencional como el GaAs. Bajo condiciones habituales, el InAs se comporta como un semiconductor y conduce electricidad tan s\u00f3lo por encima de cierto voltaje. Egues y Erlingsson previeron, sin embargo, que la aplicaci\u00f3n de campos el\u00e9ctricos con ciertas caracter\u00edsticas transformar\u00eda el filme de arseniato de indio en un material aislante de la electricidad en su regi\u00f3n m\u00e1s interna y, en un conductor eficiente en su periferia. Este tipo de material se denomina aislante topol\u00f3gico.<\/p>\n

Existe una raz\u00f3n pr\u00e1ctica para intentar transformar filmes ultradelgados (a los cuales se los considera bidimensionales) de arseniato de indio en aislantes topol\u00f3gicos. Los materiales que se emplean actualmente, tales como telururo de mercurio (TeHg), resultan dif\u00edciles de manipular y pocos grupos en el mundo, como en el caso del de Gennady Gusev, del Instituto de F\u00edsica (IF) de la USP, en S\u00e3o Paulo, lograron generar muestras para ver c\u00f3mo se comportan.<\/p>\n

Al menos en teor\u00eda, esas pel\u00edculas son materiales ideales para el desarrollo de nuevos dispositivos electr\u00f3nicos menores y m\u00e1s eficientes. \u201cLos electrones con espines opuestos fluyen en direcciones contrarias en un aislante topol\u00f3gico. De cualquier modo, no colisionan entre s\u00ed, lo cual reduce la resistencia el\u00e9ctrica\u201d, explica Lu\u00eds Greg\u00f3rio Dias da Silva, docente del IF-USP, quien estudia el transporte de electrones en esos materiales y colabor\u00f3 anteriormente con Egues.<\/p>\n

Los aislantes topol\u00f3gicos y los esquirmiones son algunos de los fen\u00f3menos que se descubrieron durante la \u00faltima d\u00e9cada gracias a la aplicaci\u00f3n de conceptos de la topolog\u00eda en la ciencia de materiales. La topolog\u00eda es un \u00e1rea de la matem\u00e1tica que estudia de qu\u00e9 manera algunos objetos geom\u00e9tricos pueden transformarse en otros, del mismo modo que si estuvieran hechos con una masa de modelar que no se rompe. Por ejemplo, los matem\u00e1ticos pueden idear una rosquilla convirti\u00e9ndose en una taza. La mayor\u00eda de los f\u00edsicos no se interesaba por la topolog\u00eda antes de la publicaci\u00f3n de los trabajos te\u00f3ricos pioneros de los f\u00edsicos brit\u00e1nicos David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz, ganadores del Nobel de F\u00edsica de 2016. En los a\u00f1os 1970 y 1980, \u00e9stos sugirieron que las transformaciones en las propiedades el\u00e9ctricas y magn\u00e9ticas observadas en ciertos materiales podr\u00edan explicarse analizando la topolog\u00eda de los espacios geom\u00e9tricos abstractos que describen el comportamiento de los \u00e1tomos y de los electrones en los materiales.<\/p>\n

Proyecto
\n<\/strong>Aislantes topol\u00f3gicos y fermiones de Majorana (n\u00ba 2016\/08468-0<\/a>); Modalidad<\/strong> Apoyo a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigador responsable<\/strong> Jos\u00e9 Carlos Egues de Menezes (IFSC-USP); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 84.229,50<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/em>FU, J. et al.<\/em> Persistent skyrmion lattice of non-interacting electrons with spin-orbit coupling<\/a>. Physical Review Letters<\/strong>. En prensa.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Brasile\u00f1os proponen maneras de alterar las propiedades de los materiales","protected":false},"author":14,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304],"coauthors":[103],"class_list":["post-248799","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/248799","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=248799"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/248799\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=248799"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=248799"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=248799"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=248799"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}