Red antiferromagnética con sentido de giro
Estructuras magnéticas diminutas en una capa ultrafina de manganeso muestran un sentido de rotación inusual; ahora investigadores de Kiel y Hamburgo explican por qué
Un imán de nevera normal es ferromagnético: los diminutos momentos magnéticos de los átomos apuntan todos en la misma dirección. Las fuerzas magnéticas de estos imanes pueden aprovecharse fácilmente, por ejemplo, en brújulas, sensores o dispositivos de almacenamiento de datos.
Sin embargo, también existen materiales en los que los momentos magnéticos de los átomos vecinos están alineados en direcciones opuestas. Son los llamados antiferromagnetos. No forman un campo magnético medible en el exterior y durante mucho tiempo se consideraron difíciles de utilizar. El físico francés Louis Néel recibió el Premio Nobel de Física en 1970 por este descubrimiento.
Hoy en día, esta clase de materiales se considera prometedora. Los antiferromagnetos podrían desempeñar un papel fundamental en la magnetoelectrónica, un campo de investigación que utiliza corrientes eléctricas para manipular y leer estados magnéticos. Al mismo tiempo, las redes magnéticas complejas ofrecen posibilidades completamente nuevas para ordenadores novedosos y poco convencionales. Reaccionan con especial fuerza a las corrientes eléctricas y pueden formar estructuras magnéticas tridimensionales en las que los momentos atómicos apuntan en distintas direcciones espaciales.
Investigadores de la Universidad de Kiel (CAU) y la Universidad de Hamburgo han demostrado ahora en Nature Communications cómo se forma una compleja red antiferromagnética en una capa ultrafina de manganeso. En las intersecciones de las paredes de dominio, los momentos magnéticos atómicos se orientan en una dirección espacial de rotación definida. El estudio proporciona así una visión directa de las estructuras internas de los antiferromagnetos y abre perspectivas para nuevos componentes magnéticos.
Las esferas azul oscuro (azul claro) representan los átomos de manganeso de la capa superior (inferior) de la película. Las flechas muestran la orientación de las "barras magnéticas atómicas" de los átomos de manganeso. El plano de los átomos de las capas superior e inferior está representado por zonas grises transparentes. La orientación de las "barras magnéticas atómicas" a lo largo de los ejes de un tetraedro se muestra mediante los tetraedros grises. La magnetización orbital topológica (TOM) en las capas superior e inferior está alineada en paralelo (véanse las flechas pequeñas).
© Mara Gutzeit, Uni Kiel
Una mirada al interior de la red de nanoimanes
El equipo de investigadores estudió un sistema modelo formado por sólo dos capas de átomos de manganeso depositadas sobre un cristal de iridio. Mediante microscopía de efecto túnel con polarización de espín, pudieron visualizar la alineación magnética de los átomos a escala atómica.
La directora del proyecto, la Dra. Kirsten von Bergmann, de la Universidad de Hamburgo, explica: "En las imágenes de microscopía de efecto túnel de barrido apareció una compleja red magnética de paredes de dominio entre zonas ordenadas antiferromagnéticamente. Pudimos ver que estaba generada por las burbujas de argón implantadas. En los puntos de intersección de tres paredes de dominio encontramos, por un lado, una lateralidad de la estructura y, por otro, descubrimos que los "imanes de barra atómica" apuntan aquí en las direcciones de las esquinas de un tetraedro, es decir, tienen un ángulo de aproximadamente 109,47° entre sí."
Mediante complejos cálculos de mecánica cuántica, para los que se utilizaron superordenadores del Centro Nacional de Supercomputación (NHR), el equipo de Kiel demostró que la capa superior de las capas de manganeso se desplaza ligeramente hacia los lados debido a las fuerzas de intercambio magnético. "La tensión se acumula en los puntos donde confluyen zonas con orientaciones magnéticas diferentes. Esto puede explicar la dirección estructural preferida de rotación (handedness) observada en las intersecciones", afirma el profesor Stefan Heinze, de la Universidad de Kiel. Los investigadores de Kiel también han aclarado cómo se forma una estructura magnética tridimensional en estos puntos y cómo se acoplan entre sí las dos capas de manganeso.
La ramificación de las paredes de dominio no se produce aleatoriamente en las burbujas de argón. La tensión local del material favorece cierto tipo de movimiento de cizallamiento de la película inducido magnéticamente. Los cálculos también muestran que el orden magnético tridimensional en estas intersecciones tiene propiedades especiales, denominadas topológicas. Así pues, el estudio aporta pruebas fundamentales de que la estrecha conexión entre estructura y magnetismo puede aprovecharse de forma selectiva para crear complejas redes antiferromagnéticas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
