Mientras el mundo genera más datos que nunca, los científicos están buscando formas de almacenar esa información en formatos más pequeños y más eficientes. “A medida que los volúmenes de datos siguen creciendo, los medios de almacenamiento magnéticos del futuro deben poder almacenar información en densidades más altas”, afirma el profesor Jörg Rachtrup, director del Centro de Tecnologías Cuánticas Aplicadas (ZAQuant) de la Universidad de Stuttgart, cuyo equipo dirigió el estudio. “Por lo tanto, nuestros resultados son directamente relevantes para las tecnologías de almacenamiento de datos de próxima generación. Al mismo tiempo, son de fundamental importancia, ya que proporcionan nuevos conocimientos sobre las interacciones magnéticas de materiales atómicamente delgados”.
Un grupo de investigación internacional ha identificado un estado magnético hasta ahora desconocido en un material formado por cuatro capas atómicas de yoduro de cromo. Según el Dr. Ruming Peng, investigador postdoctoral en el Tercer Instituto de Física de la Universidad de Stuttgart, el equipo pudo afinar el magnetismo ajustando cómo interactúan los electrones dentro de cada capa. Peng realizó los experimentos en ZAQuant con el investigador doctoral Qing Cho Wang. “Podemos controlar selectivamente esta magnetización ajustando las interacciones entre los electrones en niveles individuales”, explica Peng. “Es particularmente digno de mención que las propiedades magnéticas observadas son robustas frente a las perturbaciones ambientales”.
Elementos bidimensionales retorcidos forman el skymion.
El yoduro de cromo pertenece a una categoría conocida como materiales bidimensionales (2D), que constan de sólo unas pocas capas atómicas dispuestas en una estructura cristalina. Se sabe que estos materiales ultrafinos se comportan de manera muy diferente a sus versiones densas y tridimensionales.
En este caso, los investigadores rotaron ligeramente dos bicapas apiladas de yoduro de cromo entre sí. Ese pequeño giro creó una configuración magnética completamente nueva. “Por el contrario, una bicapa no modificada no exhibe un campo magnético externo neto, como se muestra en estudios anteriores”, dijo Peng. La rotación conduce a la formación de skyramiones, que son estructuras magnéticas a nanoescala que son topológicamente estables y excepcionalmente estables. Se encuentran entre los portadores de información más pequeños y duraderos conocidos en los sistemas magnéticos. El equipo generó y observó directamente por primera vez con éxito skyramions en un material magnético bidimensional doblado.
La detección cuántica detecta un magnetismo extremadamente débil
Observar este nuevo estado magnético no fue sencillo porque las señales involucradas eran extremadamente débiles. Para medirlos, los científicos se basaron en un microscopio avanzado que utiliza sensores cuánticos. Este método aprovecha los centros de nitrógeno vacante (NV) en el diamante, una técnica que se ha desarrollado y perfeccionado durante veinte años en el Centro de Tecnologías Cuánticas Aplicadas.
Los hallazgos desafían la teoría magnética existente
El descubrimiento hace más que sugerir nuevas posibilidades para el almacenamiento de datos de alta densidad. Profundiza la comprensión científica de cómo se comportan colectivamente los electrones en sistemas magnéticos atómicamente delgados. “Nuestros resultados experimentales indican que los modelos teóricos existentes deben perfeccionarse para capturar completamente el fenómeno observado”, dice Wrachtrup.
El proyecto reunió a colaboradores del Reino Unido, Japón, EE.UU. y Canadá, además de la Universidad de Stuttgart. Investigadores de la Universidad de Edimburgo dirigieron los modelos teóricos y las simulaciones numéricas.
Acerca del Centro de Tecnologías Cuánticas Aplicadas
La investigación y la enseñanza en el Centro de Tecnologías Cuánticas Aplicadas (ZAQuant) se centran en tecnologías cuánticas de estado sólido con aplicaciones que van desde la detección cuántica a nanoescala hasta las redes cuánticas. La infraestructura del instituto es una combinación única de precisión de clase mundial, así como un laboratorio de óptica cuántica e instalaciones de sala limpia de última generación.
