Los “skyrmions”, estructuras en las que los espines de los electrones dentro de un imán se organizan como vórtices, son una estructura clave en la tecnología de espintrónica de próxima generación. Investigadores del KAIST han demostrado que los skyrmions pueden formarse utilizando únicamente las interacciones físicas fundamentales dentro de los imanes, sin requerir condiciones físicas especiales. Este hallazgo amplía la posibilidad de realizar skyrmions en una amplia gama de materiales magnéticos y sugiere un nuevo potencial para desarrollar dispositivos de información de ultra bajo consumo con densidades de almacenamiento de datos de decenas a cientos de veces superiores a las de las tecnologías actuales.
El KAIST (presidido por Kwang Hyung Lee) anunció el 19 de marzo que un equipo de investigación liderado por el profesor Se Kwon Kim del Departamento de Física ha propuesto un nuevo marco teórico que muestra que las estructuras magnéticas similares a vórtices pueden surgir naturalmente únicamente a través del acoplamiento magnetoelástico, la interacción entre el magnetismo y la estructura reticular.
El equipo demostró que la interacción entre los espines (la propiedad magnética intrínseca de los electrones) y la deformación de la red (la ligera distorsión de los arreglos atómicos) por sí sola puede conducir a la formación espontánea de estructuras magnéticas similares a vórtices.
En particular, los skyrmions, estructuras de espín similares a vórtices que se encuentran dentro de los materiales magnéticos, son extremadamente pequeños y altamente estables, lo que los convierte en candidatos prometedores para dispositivos de información de ultra alta densidad y bajo consumo. Sin embargo, hasta ahora, se creía que la formación de tales estructuras requería condiciones físicas específicas, como la asimetría cristalina o el fuerte acoplamiento espín-órbita.
Los investigadores demostraron teóricamente que, incluso sin tales condiciones especiales, el acoplamiento magnetoelástico, que ocurre naturalmente en la mayoría de los materiales magnéticos, es suficiente para generar una estructura en la que los skyrmions y los antieskyrmions se disponen alternativamente.
El acoplamiento magnetoelástico se refiere al fenómeno en el que el magnetismo (espín) y la deformación de la red se influyen mutuamente, y es una propiedad física fundamental presente en casi todos los materiales magnéticos. El equipo demostró que cuando este acoplamiento se vuelve suficientemente fuerte, el estado fundamental original, donde la magnetización está uniformemente alineada, se vuelve inestable y transiciona a un nuevo estado ordenado similar a un vórtice.
En este proceso, propusieron un nuevo mecanismo en el que la inclinación del espín y la distorsión de la red ocurren simultáneamente, formando una textura de espín quiral compuesta por skyrmions y antieskyrmions alternados.
El profesor Se Kwon Kim explicó: “Este estudio demuestra que las estructuras magnéticas similares a los skyrmions pueden formarse incluso sin interacciones específicas o exóticas. Es particularmente significativo en el sentido de que sugiere la posibilidad de realizar tales estructuras en materiales magnéticos bidimensionales, donde la investigación es actualmente muy activa”.
Este estudio fue liderado por Gyungchoon Go, quien participó como primer autor. La investigación fue publicada el 11 de febrero en la prestigiosa revista internacional Physical Review Letters, reconociendo su importancia en el campo de la física.
※ Título del artículo: “Magnetoelastic Coupling-Driven Chiral Spin Textures: A Skyrmion-Antiskyrmion-like Array”, DOI:https://doi.org/10.1103/5csz-pw7x
※ Autores principales: Gyungchoon Go (primer autor), Se Kwon Kim (autor correspondiente)
Esta investigación fue apoyada por el Programa de Desarrollo de Tecnología Futura de Samsung, el Programa Brain Pool Plus para Científicos Destacados en el Extranjero financiado por la Fundación Nacional de Corea y la Beca de Ciencia Sejong.
