Skyrmions, diminutos vórtices magnéticos, se consideran candidatos prometedores para los dispositivos de memoria de información del mañana que pueden alcanzar enormes capacidades de almacenamiento y procesamiento de datos. Un equipo de investigación dirigido por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR ha desarrollado unmétodo para hacer crecer un material de película delgada magnética particular que alberga estos vórtices magnéticos. Un aspecto central de este nuevo método es el calentamiento abrupto del material con destellos de luz cortos y muy brillantes, ya que el equipo internacional, formado por científicos de HZDR,el Instituto Leibniz de Investigación de Materiales y Estado Sólido de Dresde, TU Dresden TUD y socios chinos, describe en la revista Materiales funcionales avanzados .
En 2009, un equipo de investigación hizo un descubrimiento notable: encontraron que se pueden formar pequeños vórtices magnéticos en un material llamado siliciuro de manganeso, una aleación de manganeso y silicio. Desde entonces, estos skyrmions, que llevan el nombre del físico británico Tony Skyrme,han sido considerados candidatos prometedores para futuros dispositivos de almacenamiento magnético. Pueden formarse y borrarse fácilmente de las superficies y no miden más de unos pocos nanómetros mil millonésimas de metro, lo que los hace mucho más pequeños que los bits magnéticos de los discos duros actuales quemedir unos 50 nanómetros.
"Además, los skyrmions se pueden atacar mejor con electricidad que con campos magnéticos, como se hace con los discos duros actuales", explica el Dr. Shengqiang Zhou, físico del Instituto de Física de Rayos de Iones e Investigación de Materiales de HZDR.la corriente eléctrica nos permite lograr una mejor escalabilidad, lo que podría permitirnos construir dispositivos de almacenamiento mucho más densos y más rápidos en el futuro ". Pero todavía hay algunos obstáculos que superar en el camino. Entre otras cosas, el silicio y el manganeso presentan una propiedad desfavorable cuandoforman cristales de siliciuro de manganeso: en lugar de producir constantemente una fase específica y bien definida, los dos elementos pueden formar muchas fases cristalinas diferentes. Las películas delgadas de una aleación de Mn-Si, conocida como fase B20, son particularmente adecuadas para la formaciónde skyrmions.
Fases cristalinas indeseables
Sin embargo, producir esta aleación no es nada fácil, porque otra fase cristalina indeseable, llamada MnSi1.7, se forma inevitablemente durante el proceso de producción, impidiendo o previniendo la formación de skyrmions. Específicamente, las temperaturas más bajas y el enfriamiento más lento del material favorecen a MnSi1.7. El equipo de Shengqiang Zhou ha desarrollado un método que evita su formación, dejando solo capas delgadas de B20-MnSi impecable.
El elemento central del nuevo proceso es un tratamiento térmico especial. "Es un poco como hacer un panqueque", explica Zhou. "Sabe mejor cuando está crujiente por fuera y lo más suave posible por dentro".viertes la masa en una sartén caliente, se hornea tan rápido que el interior se mantiene agradable y suave. Sin embargo, cuando horneas la masa en el horno, se calienta mucho más uniformemente y se endurece por todas partes, y obtienes un resultado bastante mediocre.tortita.
Calentamiento con destellos
Los expertos utilizaron esta estrategia de panqueques de calentamiento rápido e intenso como modelo. "Cuando calentamos una película delgada de manganeso colocada sobre una oblea de silicio muy brevemente, introducimos muy poca energía en el material", explica Zhou.. "Esto significa que se enfriará rápido, tan rápido, de hecho, que el MnSi1.7 no deseado no tendrá tiempo de formarse". El desafío es cómo calentar algo rápida y vigorosamente al mismo tiempo. El grupo de investigaciónencontró la solución en destellos brillantes e intensos de luz blanca.
Estos destellos se pueden generar en el "BlitzLab", un laboratorio de innovación de Helmholtz ubicado en el campus de Rossendorf. Varias series de mediciones confirmaron la suposición: "Al variar la potencia de los destellos, pudimos ajustar la relación de los diferentesfases cristalinas con gran precisión ", informa Shengqiang Zhou." Cuando aplicamos poderes relativamente fuertes, se formaron películas delgadas de B20-MnSi puro como esperábamos ".
Como resultado, los skyrmions que se pueden generar en estas capas ahora son estables en un rango de temperatura y campo magnético mucho más amplio que el observado anteriormente en este material. Es poco probable que el siliciuro de manganeso sea adecuado para uso práctico ya que solo funciona entemperaturas muy bajas. Pero podría servir como un modelo importante para otros materiales más prácticos. "Muchas aleaciones plantean el problema de que tienen diferentes fases", explica Zhou. "Y nuestro enfoque podría ayudar a separar estas fases en el futuro".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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