Un objeto a nanoescala difícil de describir llamado skyrmion magnético podría algún día producir nuevos dispositivos microelectrónicos que puedan hacer mucho más; por ejemplo, almacenamiento masivo de datos -; todo mientras eat mucha menos energía.
Pero los investigadores necesitan una comprensión más detallada de los skyrmions si alguna vez quieren utilizarlos de manera confiable en dispositivos computacionales, incluidas las computadoras cuánticas. Peter Fischer, investigador principal del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía, dirigió un proyecto para crear imágenes de rayos X en 3D de skyrmions que puedan caracterizar o medir las orientaciones de los espines dentro de todo el objeto. «Nuestros resultados proporcionan una base para la metrología a nanoescala para dispositivos espintrónicos», dijo Fischer. El trabajo fue publicado recientemente en Avances científicos.
Los skyrmions magnéticos pueden considerarse como círculos giratorios de magnetismo, explica David Raftrey, estudiante investigador del equipo de Fischer y autor principal de este estudio. En el centro, el giro magnético apunta hacia arriba, mientras que se aleja del centro, el magnetismo gira y tira hacia abajo. Es más, los skyrmions son estables, pequeños, rápidos y no se despliegan fácilmente, un rasgo que los científicos denominan «topológico».
Estas direcciones de giro son parte del atractivo de los skyrmions porque podrían usarse para transportar y almacenar información de la misma manera que los electrones transportan y almacenan información en los dispositivos actuales. «Sin embargo, depender de la carga del electrón, como se hace hoy, conlleva pérdidas de energía inevitables. Al usar giros, las pérdidas serán significativamente menores,» dijo Fischer.
Pero el conocimiento teórico de los skyrmions se ha basado en descripciones de ellos como objetos 2D. En el mundo actual de la electrónica y las obleas de silicio -; no importa lo delgado que sea -; Los skyrmions deben tratarse como objetos 3D. Para poner a funcionar los skyrmions, o quizás algún día sintetizar skyrmions personalizados, los investigadores deben poder examinar y comprender sus características de giro en todo el objeto 3D.
Si estás mirando un remolino magnético de Skyrmion desde arriba y comienzas a cortar capas, podrías pensar que cada capa sucesiva sería la misma. «Pero ese no es el caso», dijo Raftrey. «Y dijimos, está bien, ¿cómo podemos abarcar esto? ¿Cómo podemos demostrar esto realmente?«
Raftrey tomó una fina capa magnética, que fue sintetizada por colegas de Western Digital, y modeló un nanodisco utilizando las instalaciones de nanofabricación de Molecular Foundry. Para obtener imágenes tomográficas en 3D, viajó a Suiza para utilizar una nueva técnica de imagen llamada laminografía de rayos X magnéticos en una línea de luz de microscopía en Swiss Gentle Supply.
Con laminografía de rayos X «Básicamente puedes reconfigurar y reconstruir (el skyrmion) a partir de estas muchas, muchas imágenes y datos,» Dijo Raftrey. Fue un proceso que llevó meses y finalmente produjo una mejor comprensión de las estructuras de giro de Skyrmion.
Una comprensión completa de la textura de giro 3D de Skyrmions «abre oportunidades para explorar y adaptar dispositivos espintrónicos topológicos 3D con funcionalidades mejoradas que no se pueden lograr en dos dimensiones«, dijo Fischer.
Molecular Foundry es una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE en Berkeley Lab.
El trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencias del DOE.
