Los skyrmions magnéticos son nanoestructuras quirales con forma de remolino, considerados como unidades (o bits) en los nuevos sistemas de almacenamiento de datos. A pesar de que se predijo su existencia en los 80, no fue hasta 2006 que se pudieron observar. No obstante, se hizo bajo condiciones muy especiales: a temperaturas muy bajas, aplicando campos magnéticos, en capas muy gruesas, o preparadas por epitaxia de haces moleculares. Estas restricciones hacían imposible su aplicación a nivel industrial.
Ahora un grupo de investigadores liderados por Olivier Boulle de SPINTEC (Grenoble, Francia) ha informado de la primera observación de skyrmions magnéticos aislados en condiciones compatibles con la industria. Funcionan a temperatura ambiente, sin campo magnético, en capas de platino, cobalto y magnesio preparadas por sputtering (pulverización catódica). El sputtering es un método rápido y fácilmente escalable, estándar en la industria de los semiconductores y la microelectrónica.
Los skyrmions son clave para el desarrollo de nuevos sistemas de almacenaje y procesamiento de la información. Dado que son muy pequeños (del tamaño de nanómetros), son óptimos para crear memorias de datos de gran densidad de información. La separación entre los bits puede ser mucho más pequeña que con otras estructuras, eliminando las posibles interferencias que se producen entre los campos magnéticos cuando éstos están muy juntos.
Fig. 1: Esquema de la estructura magnética de un skyrmion.
Las muestras se analizaron en la línea de luz CIRCE del Sincrotrón ALBA utilizando el microscopio de fotoelectrones con contraste magnético – único en España - y en el sincrotrón italiano Elettra. Usando estas técnicas, los investigadores pudieron definir la estructura magnética de los skyrmions. Además, en ALBA pudieron estudiar su comportamiento bajo pequeños campos magnéticos, demostrando su estabilidad ante las perturbaciones, lo que permitirá mantener la información grabada durante más tiempo.
"Estos resultados son un paso crucial para la integración de los skyrmions en los sistemas de almacenaje y procesamiento de datos en el futuro", de acuerdo con Olivier Boulle
El próximo paso de esta investigación es observar el movimiento de los skyrmions inducido por pequeñas corrientes eléctricas, lo que permitiría su manipulación a escala nanométrica en las memorias de datos. Los skyrmions se pueden mover con corrientes eléctricas muy bajas, de manera que los dispositivos consumirán mucha menos energía que los actuales.
Fig. 2: (a) Imagen de microscopía magnética de un skyrmion en una estructura de Pt/Co/MgO. Dentro del círculo blanco se ve un contraste circular blanco/negro que corresponde a la magnetización en el plano de un skyrmion. En el centro del skyrmion, en gris oscuro, la magnetización apunta hacia arriba. La flecha indica la dirección de incidencia de los rayos X sobre la muestra. (b) El skyrmion se contrae bajo un campo magnético de 4mT y se relaja de nuevo al eliminarlo (c). (d) La estructura quiral del espín del skyrmion se confirma rotando 90º la incidencia de los rayos X.
