Por qué Skyrmions podría tener mucho en común con el vidrio y los superconductores de alta temperatura
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que el magnetismo se crea mediante los giros de electrones que se alinean de cierta manera. Pero hace aproximadamente una década, descubrieron otra capa de asombrosa complejidad en los materiales magnéticos: en las condiciones adecuadas, estos giros pueden formar pequeños vórtices o vórtices que actúan como partículas y se mueven independientemente de los átomos que los han engendrado.
Los diminutos vórtices se llaman skyrmions y llevan el nombre de Tony Skyrme, el físico británico que predijo su existencia en 1962. Su pequeño tamaño y naturaleza rugosa, como nudos difíciles de deshacer, dieron origen a un campo en crecimiento dedicado a comprenderlos mejor. y explotando sus extrañas cualidades.
«Estos objetos representan algunas de las formas más sofisticadas del orden magnético que conocemos», dijo Josh Turner, investigador del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía e investigador principal del Instituto Stanford de Materiales y Ciencias de la Energía (SIMES) en SLAC.
“Cuando se forman los skyrmions”, dijo, “sucede de una vez, en todo el material. Lo que es aún más interesante es que los skyrmions se mueven como si fueran partículas individuales e independientes. Es como una danza en la que todos los giros se comunican entre sí y se mueven al unísono para controlar el movimiento de los skyrmions, y mientras tanto, los átomos en la red debajo de ellos simplemente se quedan allí.
Debido a que son tan estables y tan pequeños, alrededor de 1,000 veces el tamaño de un átomo, y se mueven fácilmente aplicando pequeñas corrientes eléctricas, dijo, «hay muchas ideas sobre la forma de explotarlas para nuevos tipos de computación y almacenamiento de memoria de tecnologías más pequeñas y que consumen menos energía.
Lo más interesante para Turner, sin embargo, es la física fundamental detrás de la formación y comportamiento de los skyrmions. Él y sus colegas del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del DOE y la Universidad de California en San Diego desarrollaron métodos para capturar las actividades de los skyrmions en su estado natural y sin perturbaciones con un detalle sin precedentes utilizando el láser de rayos X de electrones libres de SLAC, el Linac Coherent Fuente de luz (LCLS). Les permite medir detalles a nanoescala, tan pequeños como millonésimas de pulgada, y observar los cambios que ocurren en mil millonésimas de segundo.
En una serie reciente de artículos, describen experimentos que sugieren que los skyrmions pueden formar una fase similar al vidrio donde sus movimientos son tan lentos que parecen estar atascados, como autos en un atasco. Además, midieron cómo el movimiento natural de los skyrmions entre sí pueden oscilar y cambiar en respuesta a un campo magnético aplicado, y encontraron que este movimiento inherente nunca parece detenerse por completo. Esta fluctuación ubicua, dijo Turner, indica que los skyrmions pueden tener mucho en común con los superconductores de alta temperatura, materiales cuánticos cuya capacidad para conducir electricidad sin pérdidas a temperaturas relativamente altas puede estar relacionada con bandas fluctuantes de espín y carga de electrones.
