Un equipo internacional de científicos de Austria y Alemania ha lanzado un nuevo paradigma en magnetismo y superconductividad, poniendo los efectos de curvatura, topología y geometría 3D en el centro de atención de la investigación de la próxima década. | Nuevo artículo en "Materiales avanzados".
Tradicionalmente, el campo principal, donde la curvatura juega un papel fundamental, es la teoría de la relatividad general. Sin embargo, en los últimos años, el impacto de la geometría curvilínea entra en varias disciplinas, que van desde la física del estado sólido sobre la física de la materia blanda hastaquímica y biología, dando lugar a una plétora de dominios emergentes, como la biología celular curvilínea, los semiconductores, la superfluidez, la óptica, la plasmónica y los materiales 2D de van der Waals. En el magnetismo moderno, la superconductividad y la espintrónica, extender las nanoestructuras a la tercera dimensión se ha convertido en unaprincipal avenida de investigación debido a los fenómenos inducidos por la geometría, la curvatura y la topología. Este enfoque proporciona un medio para mejorar lo convencional y lanzar nuevas funcionalidades al adaptar la curvatura y la forma 3D.
"En los últimos años han aparecido trabajos experimentales y teóricos que tratan sobre nanoarquitecturas superconductoras y anti ferromagnéticas curvilíneas y tridimensionales. Sin embargo, estos estudios tienen su origen en diferentes comunidades científicas, lo que resulta en la falta de transferencia de conocimiento entreáreas tan fundamentales de la física de la materia condensada como el magnetismo y la superconductividad ", dice Oleksandr Dobrovolskiy, director del SuperSpin Lab de la Universidad de Viena." En nuestro grupo, lideramos proyectos en ambas áreas temáticas y fue el objetivo de nuestro artículo de perspectivapara construir un "puente" entre las comunidades de magnetismo y superconductividad, llamando la atención sobre los aspectos conceptuales de cómo la extensión de las estructuras a la tercera dimensión y la geometría curvilínea pueden modificar los existentes y ayudar a lanzar nuevas funcionalidades en los sistemas de estado sólido ".
"En los materiales magnéticos, la simetría rota geométricamente proporciona una nueva caja de herramientas para adaptar la anisotropía inducida por la curvatura y las respuestas quirales", dice Denys Makarov, jefe del departamento de "Materiales y sistemas inteligentes" en Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf."La posibilidad de sintonizar las respuestas magnéticas mediante el diseño de la geometría de un alambre o una película fina magnética, es una de las principales ventajas del magnetismo curvilíneo, que tiene un gran impacto en la física, la ciencia de los materiales y la tecnología. En la actualidad, bajo su paraguas,el campo fundamental del magnetismo curvilíneo incluye ferro y antiferromagnetismo curvilíneo, magnónica curvilínea y espintrónica curvilínea ".
"La diferencia clave en el impacto de la geometría curvilínea en los superconductores en comparación con los anti ferromagnetos radica en la naturaleza subyacente del parámetro de orden", amplía Oleksandr Dobrovolskiy. "A saber, en contraste con los materiales magnéticos, para los cuales la energíaLos funcionales contienen derivadas espaciales de campos vectoriales, la descripción de superconductores también se basa en el análisis de funcionales energéticos que contienen derivadas espaciales de campos escalares. Mientras que en el magnetismo el parámetro de orden es la magnetización vector, para un estado superconductor el valor absoluto del ordenEl parámetro tiene un significado físico de la brecha de energía superconductora escalar. En el futuro, la extensión de estructuras híbridas anti ferromagnet / superconductor a la tercera dimensión permitirá investigar la interacción entre los efectos de curvatura en sistemas que poseen parámetros de orden vectorial y escalarSin embargo, este progreso se basa en gran medida en el desarrollo de métodos experimentales y teóricos ye mejora de las capacidades de cálculo. "
Desafíos para las investigaciones de nanoimanes y superconductores curvilíneos y 3D
Generalmente, se esperan efectos de curvatura y torsión cuando los tamaños o características del sistema se vuelven comparables con las escalas de longitud respectivas. Entre las diversas técnicas de nanofabricación, la escritura de nanoarquitecturas 3D de formas complejas mediante haces de partículas enfocadas ha exhibido la mayor parteUn progreso significativo en los últimos años, convirtiendo estos métodos en las técnicas de elección para estudios básicos y orientados a aplicaciones en nanomagnetismo y superconductividad 3D. Sin embargo, acercándose a las escalas de longitud relevantes en el rango bajo nm longitud de intercambio en ferromagnetos y longitud de coherencia superconductora ensuperconductores nanoimpresos todavía está fuera del alcance de las capacidades experimentales actuales. Al mismo tiempo, se están haciendo disponibles técnicas sofisticadas para la caracterización de configuraciones magnéticas y su dinámica en nanoestructuras de formas complejas, incluida la nanotomografía vectorial de rayos X y la obtención de imágenes 3D por X suave-laminografía de rayos. Estudios similares de superconductores sonmás delicados ya que requieren condiciones criogénicas, apelando al desarrollo de tales técnicas en los próximos años.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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