Per a moltes de les modernes aplicacions tècniques, els enginyers volen, desfer-se de la resistència elèctrica i la seva producció de calor.
Tanmateix, resulta que una mica de producció de calor a partir de la resistència és una característica desitjable de les capes metàl·liques primes per a aplicacions del spintronic com seria la memòria d'estat sòlid. De la mateixa manera, si bé, sovint els defectes són indesitjables en la ciència dels materials, aquestos, es poden utilitzar per controlar la creació de quasi-partícules magnètiques conegudes com skyrmions.
En publicacions separades, les quals recentment van ser publicades a la revista Nature Nanotechnology i a Advanced Materials, investigadors del MIT, el professor Geoffrey SD Beach, i els seus col·legues de Califòrnia, Alemanya, Suïssa i Corea, van demostrar que podrien generar moviments estables per materials ràpids i en formulacions especials, en capes a temperatura ambient, establint nous registres mundials per a la mida i la velocitat.
Pel que fa a la investigació publicada a Advanced Materials, els investigadors van crear un cable que acumula 15 capes repetides d'una aliatge de metall especialment fabricat amb platí, que és un metall pesat, bor, ferro,cobalt, els quals, són materials magnètics i magnesi-oxigen. En aquests materials fets en capes, la interfície que hi ha entre la capa de metall de platí, el ferro i el cobalt, creen un entorn on es poden formar cel·les aplicant un camp magnètic extern perpendicular a la capa i els polsos de corrent elèctric que recorren la longitud del cable.
Estructura previsible
Després de desenvolupar una sèrie d'eines teòriques, ara no només es pot predir l'interior de l'estructura i la seva grandària del skyrmion sinó també, es pot resoldre un problema aplicant enginyeria inversa; es pot per exemple, dir que es vol tenir un skyrmion d'aquesta mida de manera que es podrà generar els paràmetres de les múltiples capes o materials, que conduiran a la mida d'aquest skyrmion.
Una característica fonamental dels electrons, és la seva rotació la qual, pot apuntar cap amunt o cap avall. Un skyrmion és un cúmul circular d'electrons on els spins són oposats a l'orientació dels electrons circumdants, i els skyrmions es mantenen en sentit horari o en sentit contrari.
No obstant això, a més d'aixó, també s'ha descobert que les línies de les cel·les magnètiques en multi-capes, desenvolupen una naturalesa complexa depenent del gruix.
Les actuals investigacions, demostren que, si bé aquesta estructura trencada de cel·les té un menor impacte en la capacitat de calcular la mida mitjana de la cel·la, això afecta significativament el comportament induït.
Límits fonamentals
Pel que fa al paper a Nature Nanotechnology, els investigadors van estudiar un material magnètic diferent, fet de platí amb una capa magnètica d'aliatge de cobalt gadolini i òxid de tàntal. En aquest material, els investigadors van demostrar que podien produir cel·les tan petites com 10 nanometres i van establir que podrien moure's amb rapidesa en el material. El que s'ha descobert en aquest article, és que els ferro-magnets tenen límits fonamentals per a la mida de la quasi-partícula que es pot fer i la rapidesa amb què es pot conduir utilitzant els corrents.
En un ferro-magnet, com el ferro cobalí-bor, els girs propers s'alineen paral·lelament i desenvolupen un fort moment magnètic direccional. Per superar els límits fonamentals dels ferro-magnets, els investigadors van recórrer a gadoliní-cobalt, que és un ferro-magnet, en què els trossos propers alternen cap amunt i cap avall per tal que es puguin cancel·lar i generar així un moment magnètic global.
Es pot enginyar un ferro-magnet de manera que la magnetització neta sigui zero de manera que, permeti obtenir textures de spin ultrasmall o sintonitzar-lo de manera que el moment angular net sigui zero, permetent textures d'spins ultra-ràpides.
En el 2017, els investigadors del grup Beach i els seus col·laboradors van demostrar experimentalment que podien crear aquestes quasi-partícules a voluntat en ubicacions específiques introduint un tipus particular de defectes en la capa magnètica. Es poden canviar les propietats d'un material utilitzant diferents tècniques locals com, per exemple, el bombardeig iònic i fent que canviïn les propietats magnètiques. Originalment es va descobrir amb els defectes naturals en els material que es van convertir en defectes dissenyats a través de la geometria del cable.
Els investigadors van fer imatges de les línies de les cel·les en la mescla de cobalt-gadoliní a temperatura ambient en el centres Sincrotró d'Alemanya, utilitzant holografia de raigs X. És una de les úniques tècniques que poden permetre imatges on es poden comprovar els colors d'aquesta mida.
Són tan petits com 10 nanometres, que és l'actual rècord mundial per a temperatures ambient. Els investigadors van demostrar un moviment de la capa d'1.3 km/s, que també va ser un nou rècord mundial.
Modelització magnètica
Aquests skyrmions en aquests materials són un tipus de configuració d'spins d'electrons, mentre que els els límits del domini són un altre.
En el camp de l'espintrònica, aquestes configuracions es coneixen com solitons o textures d'spin. Atès que les cel·les tenen una propietat fonamental dels materials, la caracterització matemàtica de la seva formació d'energia i moviment, implica un conjunt d'equacions complexes que incorporen la seva mida circular, el moment d'impulsió angular, el moment angular orbital, la càrrega electrònica, la força magnètica, el gruix de la capa i diverses físiques especials. termes que capturen l'energia de les interaccions entre girs veïns i capes veïnes, com ara la interacció d'intercanvi.
Una d'aquestes interaccions, que es denomina interacció Dzyaloshinskii-Moriya (DMI), té una importància especial per a la formació de la cel·la i sorgeix de la interacció entre els electrons en la capa de platí i la capa magnètica. En la interacció Dzyaloshinskii-Moriya, giren alineats perpendiculars entre si, de manera que estabilitza la cel·la.
Control precís
El control precís per crear cel·les magnètiques, és un tema central del camp. Aquest treball ha presentat una nova forma de generar celeritats de camp zero a través del pols actual. Definitivament aquest és un pas sòlid cap a les manipulacions de les cel·les en valors de nanosegons.
Font: Massachusetts Institute of Technology
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada