{"id":369667,"date":"2020-12-18T16:50:49","date_gmt":"2020-12-18T19:50:49","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=369667"},"modified":"2020-12-21T11:02:00","modified_gmt":"2020-12-21T14:02:00","slug":"como-crear-esquirmionas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/como-crear-esquirmionas\/","title":{"rendered":"C\u00f3mo crear esquirmionas"},"content":{"rendered":"

Un binomio de investigadores del Centro Brasile\u00f1o de Investigaciones F\u00edsicas (CBPF), en R\u00edo de Janeiro, propuso un m\u00e9todo aparentemente sencillo para alterar de manera controlada las propiedades magn\u00e9ticas de superficies muy peque\u00f1as de ciertos materiales. Las simulaciones realizadas por el f\u00edsico peruano Helmunt Vigo-Cotrina y por el brasile\u00f1o Alberto Passos Guimar\u00e3es sugieren que pueden utilizarse pulsos magn\u00e9ticos intensos y muy breves para generar y manipular en metales ferromagn\u00e9ticos tales como el cobalto, zonas en las cuales podr\u00eda almacenarse informaci\u00f3n digital. Esta estrategia, que presentaron en dos art\u00edculos que salieron publicados en el mes de abril en la revista Journal of Magnetism and Magnetic Materials<\/em>, creada a partir de un modelo matem\u00e1tico, quiz\u00e1 posibilite transformar \u00e1reas hasta 100 mil veces menores al grosor de un cabello en un sustrato adecuado para registrar los n\u00fameros cero y uno que componen el bit, la unidad b\u00e1sica de informaci\u00f3n del c\u00f3digo binario que utilizan las computadoras. Ese procedimiento, si pudiera ser llevado a la pr\u00e1ctica, deber\u00eda allanar el camino hacia la creaci\u00f3n de dispositivos de memoria con una capacidad de almacenamiento potencialmente mayor y un consumo de energ\u00eda menor a los actuales.<\/p>\n

Desde hace al menos una d\u00e9cada, los f\u00edsicos saben que al generar un pulso magn\u00e9tico con una bobina es posible modificar las caracter\u00edsticas de \u00e1reas muy peque\u00f1as \u2013con un di\u00e1metro de unos pocos nan\u00f3metros (nm), que equivalen a millon\u00e9simas de mil\u00edmetro\u2013 en placas o pel\u00edculas de materiales que contengan hierro, cobalto o n\u00edquel. Estos elementos qu\u00edmicos son metales que, bajo ciertas condiciones, funcionan como imanes. Esa caracter\u00edstica se debe a la forma en que las part\u00edculas subat\u00f3micas, especialmente los electrones de la capa m\u00e1s superficial, se encuentran ordenados e interactuando en el interior del material. Los electrones poseen una propiedad peculiar que se denomina esp\u00edn, que, grosso modo<\/em>, se entiende como un movimiento de rotaci\u00f3n. El esp\u00edn provoca que el electr\u00f3n se comporte como un im\u00e1n a escala microsc\u00f3pica. \u201cEn los materiales ferromagn\u00e9ticos, los electrones tienen el esp\u00edn alineado en un mismo sentido, lo que permite conservar esa caracter\u00edstica de im\u00e1n a escala macrosc\u00f3pica\u201d, comenta Guimar\u00e3es.<\/p>\n

En 2009, el f\u00edsico alem\u00e1n Sebastian M\u00fchlbauer, de la Universidad T\u00e9cnica de M\u00fanich, junto a sus colaboradores, demostraron experimentalmente que los pulsos magn\u00e9ticos invert\u00edan el esp\u00edn del electr\u00f3n en peque\u00f1as \u00e1reas circulares de una aleaci\u00f3n met\u00e1lica de manganeso y silicio (MnSi), tal como lo hab\u00eda previsto tres d\u00e9cadas antes el ruso Valery Pokrovsky. Esos c\u00edrculos sumamente homog\u00e9neos y estables en los cuales las part\u00edculas poseen un esp\u00edn opuesto al de los electrones del resto del material fueron llamados esquirmiones magn\u00e9ticos. Ese nombre proviene de una part\u00edcula hipot\u00e9tica, el esquirmi\u00f3n, propuesta en 1962 por el f\u00edsico brit\u00e1nico Tony Skyrme (1922-1987).<\/p>\n

Los esquirmiones magn\u00e9ticos concitan la atenci\u00f3n de los f\u00edsicos a causa de algunas propiedades. Son muy peque\u00f1os \u2013los menores tienen 1 nm de di\u00e1metro\u2013 y ocupan menos espacio que los transistores de un chip de computadora convencional. De acuerdo con estudios te\u00f3ricos y experimentales, los esquirmiones no se degradan f\u00e1cilmente con las variaciones de temperatura o bajo el efecto de campos magn\u00e9ticos y el\u00e9ctricos. Pueden desplazarse a altas velocidades impulsados por una corriente el\u00e9ctrica y no resultan destruidos por las imperfecciones del material. Estas caracter\u00edsticas convierten a los esquirmiones creados en delgadas capas magn\u00e9ticas en buenos candidatos para codificar los bits de informaci\u00f3n, que necesitan ser estables para que los datos no se pierdan.<\/p>\n

Existen varias maneras de crear esquirmiones. Algunos surgen espont\u00e1neamente en funci\u00f3n del tama\u00f1o o de la geometr\u00eda del material, mientras que otros solo se forman a partir de una interferencia externa, tal como el flujo de una corriente el\u00e9ctrica o la aplicaci\u00f3n de pulsos magn\u00e9ticos. Sin embargo, hasta ahora no se ha conseguido generar esquirmiones de manera controlada. Frente a esta dificultad, Vigo-Cotrina y Guimar\u00e3es decidieron investigar si habr\u00eda alguna forma de controlar la producci\u00f3n y manipulaci\u00f3n de esquirmiones y de otra estructura magn\u00e9tica m\u00e1s compleja, la esquirmiona. La misma est\u00e1 compuesta por un esquirmi\u00f3n y un antiesquirmi\u00f3n, y asume la forma de dos c\u00edrculos conc\u00e9ntricos: uno interno y otro externo, donde cada uno contiene electrones con esp\u00edn de inclinaci\u00f3n levemente diferente al del otro.<\/p>\n

Expertos en nanomagnetismo, el d\u00fao cient\u00edfico peruano-brasile\u00f1o apel\u00f3 a simulaciones magn\u00e9ticas para representar la interacci\u00f3n entre un disco de cobalto de 150 nm de di\u00e1metro por 1 nm de espesor sometido al influjo de un campo magn\u00e9tico. Al cargar el modelo con las propiedades del disco, los investigadores constataron que era necesario utilizar pulsos magn\u00e9ticos muy r\u00e1pidos, con una duraci\u00f3n de 510 a 900 picosegundos [ps] (billon\u00e9simas de segundo), e intensidad relativamente alta, entre 449 y 926 militeslas (mT) para que aparecieran los esquirmiones con las caracter\u00edsticas deseadas. En tanto, las esquirmionas surg\u00edan a partir de pulsos promedio m\u00e1s intensos (de 904 a 998 mT) y breves (300 a 430 ps), seg\u00fan consta en un art\u00edculo publicado el 1\u00ba de abril en la revista Journal of Magnetism and Magnetic Materials<\/em>.<\/p>\n

Ellos tambi\u00e9n observaron que un esquirmi\u00f3n pod\u00eda transformarse en una esquirmiona. \u201cLas simulaciones sugieren que, alterando las caracter\u00edsticas del pulso magn\u00e9tico, puede seleccionarse la estructura magn\u00e9tica que se desea producir [esquirmi\u00f3n o esquirmiona]\u201d, explica el f\u00edsico peruano, quien realiz\u00f3 ese trabajo en su investigaci\u00f3n posdoctoral en el CBPF, bajo la supervisi\u00f3n de Guimar\u00e3es y financiado por la Fundaci\u00f3n de Apoyo a la Investigaci\u00f3n Cient\u00edfica del Estado de R\u00edo de Janeiro (Faperj).<\/p>\n

Resulta conveniente poder controlar el tipo de estructura que se desea crear, pero acaso no sea suficiente. Ocurre que los esquirmiones tienen un problema. Una propiedad llamada carga topol\u00f3gica, que puede ser positiva o negativa, a menudo los obliga a migrar hacia los bordes del material cuando son estimulados por una corriente el\u00e9ctrica en el interior de un campo magn\u00e9tico y puede causar su destrucci\u00f3n. Una manera de evitarlo es optar por las esquirmionas, cuya carga topol\u00f3gica es neutra y se desplazan en el mismo sentido de la corriente el\u00e9ctrica sin sufrir desv\u00edo (deflexi\u00f3n). Una forma de emplear las esquirmionas para registrar informaci\u00f3n consiste en asociar su presencia o ausencia, respectivamente, con los n\u00fameros cero y uno (o viceversa).\u00a0 Este uso podr\u00eda tornarse m\u00e1s eficiente si fuera posible invertir el esp\u00edn de los electrones en ambas regiones de la esquirmiona (esquirmi\u00f3n y antiesquirmi\u00f3n) y as\u00ed crear una esquirmiona con polaridad invertida.<\/p>\n

Al menos en las simulaciones, Vigo-Cotrina y Guimar\u00e3es consiguieron invertir la polaridad de las esquirmionas ajustando la intensidad, la duraci\u00f3n y la frecuencia de los pulsos magn\u00e9ticos, tal como lo describen en el segundo art\u00edculo, publicado el 18 de abril.<\/p>\n

Para el f\u00edsico experimental Kleber Pirota, de la Universidad de Campinas (Unicamp), la estrategia que ide\u00f3 el binomio del CBPF es simple e innovadora. \u201cCon todo, su reproducci\u00f3n pr\u00e1ctica constituye un enorme reto\u201d, afirma. Al fin y al cabo, la fabricaci\u00f3n de una bobina para generar los pulsos magn\u00e9ticos sugeridos en esos trabajos no es algo trivial. \u201cSin embargo, esta propuesta allana el camino para que otros investigadores intenten hallar condiciones m\u00e1s favorables\u201d, dice Pirota.<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nVIGO-COTRINA, H. y GUIMAR\u00c3ES, A. P. Creating skyrmions and skyrmioniums using oscillating perpendicular magnetic fields<\/a>. Journal of Magnetism and Magnetic Materials<\/strong>. 1\u00ba abr. 2020.
\nVIGO-COTRINA, H. y GUIMAR\u00c3ES, A. P. Switching of skyrmioniums induced by oscillating magnetic field pulses<\/a>. Journal of Magnetism and Magnetic Materials<\/strong>. 18 abr. 2020.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Estructuras met\u00e1licas microsc\u00f3picas producidas y controladas por pulsos magn\u00e9ticos de muy corta duraci\u00f3n podr\u00edan almacenar informaci\u00f3n","protected":false},"author":16,"featured_media":370881,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","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":[105],"class_list":["post-369667","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/369667","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\/16"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=369667"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/369667\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":371149,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/369667\/revisions\/371149"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/370881"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=369667"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=369667"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=369667"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=369667"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}