Investigadores de la Universidad de Viena han diseñado una nueva nanored magnética 3D, que parece monopolos magnéticos debido al aumento de la frustración magnética entre los nanoelementos, y es estable a temperatura ambiente. Crédito de la imagen: © Universidad Sabri Koraltan de Viena
Las nanorredes 3D prometen una nueva era en la física moderna del estado sólido con muchas aplicaciones en fotónica, biomedicina y electrónica X. La realización de nanoestructuras magnéticas 3D podría permitir dispositivos de almacenamiento de datos ultrarrápidos y de bajo consumo. Debido a las interacciones magnéticas en competencia en estos sistemas, pueden aparecer cargas monopolares magnéticas o magnéticas, que pueden usarse como portadoras móviles de información binaria. Investigadores de la Universidad de Viena han diseñado ahora la primera red de nieve artificial 3D que contiene cargas magnéticas no correlacionadas. Los resultados se publican en la revista material de matemáticas npj Proporciona la primera prueba teórica, en la nueva red, de que los monopolos magnéticos son estables a temperatura ambiente y pueden orientarse a demanda mediante campos magnéticos externos.
Se observa un monopolo magnético emergente en una clase de materiales magnéticos llamados giros helados. Sin embargo, las escalas atómicas y las bajas temperaturas requeridas para su estabilidad limitan su controlabilidad. Esto condujo al desarrollo de hielo giratorio artificial bidimensional, en el que los momentos atómicos individuales son reemplazados por nanoislas magnéticas dispuestas en diferentes celosías. La expansión permitió el estudio del monopolo magnético emergente en plataformas accesibles. Invertir la dirección magnética de ciertas nanoislas hace que los monopolos se propaguen un vértice más lejos, dejando un rastro. Este rastro, Dirac Strings, almacena necesariamente energía y se une a los monopolos, lo que limita su movilidad.
Ahora, los investigadores de Sabri Coraltan y Florian Slanovic, dirigidos por Dieter Suisse en la Universidad de Viena, han diseñado la primera red de glaciares artificiales en 3D que combina las ventajas del hielo espín artificial tanto atómico como en 2D.
En colaboración con Magnetic Nanocale and Magnonics Group de la Universidad de Viena, y el Departamento Teórico del Laboratorio de Los Alamos en EE. UU., Se han estudiado los beneficios de la nueva red mediante simulaciones micromagnéticas. Aquí, las nanoislas planas 2D se reemplazan por elipsoides rotacionales magnéticos y se utiliza una celosía 3D de alta simetría. «Debido a la descomposición del estado fundamental, la tensión de los tendones de la mandíbula de Dirac monopolares magnéticos se desvanece», dice Sabri Koraltan, uno de los primeros autores del estudio. Los investigadores llevaron el estudio al siguiente paso, donde en sus simulaciones, los monopolos magnéticos se propagaron a través de la red aplicando campos magnéticos externos, demostrando su aplicación como portadores de información en una red magnética tridimensional.
«Aprovechamos la tercera dimensión y la alta simetría en la nueva red para desacoplar los monopolos magnéticos y moverlos en las direcciones deseadas, casi como electrones reales», agrega Sabri Coraltan. Otro primer autor, Florian Slanovek, concluye que «la estabilidad térmica de los monopolos alrededor de la temperatura ambiente y superiores podría sentar las bases para una nueva generación innovadora de tecnologías de almacenamiento 3D».
Referencia: «Cadenas de Dirac sin estrés y cargas magnéticas dirigidas en hielo giratorio artificial 3D» por Sabri Coraltan, Florian Slanovic, Florian Bruckner, Cristiano Nisoli, Andrei F. Chomak, Oleksandr F. Dobrovolsky, Claes Appert y Dieter Suiss, 5 de agosto , 2021 y material de matemáticas npj.
DOI: 10.1038 / s41524-021-00593-7
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