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Un nuevo cristal obliga a los imanes atómicos a girar de maneras extrañas.
Investigadores de la Universidad Estatal de Florida han diseñado un nuevo material cristalino que induce a los momentos magnéticos a escala atómica a formar patrones cíclicos estables y en espiral conocidos como texturas de espín similares a skyrmiones. Estas intrincadas configuraciones de espín surgen de la frustración estructural y tienen un gran potencial para avanzar en el almacenamiento de datos de bajo consumo, electrónica eficiente y tecnologías de información cuántica debido a su estabilidad y a los mínimos requisitos de energía para su manipulación.
A nivel atómico, el magnetismo se origina del espín intrínseco de los electrones, que se comporta como pequeños imanes direccionales. En los materiales magnéticos convencionales, los espines suelen alinearse ferromagnéticamente (todos en la misma dirección) o antiferromagnéticamente (alternando). Sin embargo, aquí, los espines no pueden resolverse en un orden simple y, en su lugar, se organizan en espirales complejas y repetitivas.
El avance proviene de la combinación deliberada de dos compuestos estrechamente relacionados pero estructuralmente incompatibles: MnCoGe (manganeso-cobalto-germanio) y MnCoAs (manganeso-cobalto-arsénico).
Aunque el germanio y el arsénico son elementos vecinos en la tabla periódica—lo que hace que los compuestos sean químicamente similares—sus distintas simetrías cristalinas (hexagonal/ortorrómbica para las variantes de MnCoGe frente a ortorrómbica para MnCoAs) crean preferencias estructurales en competencia cuando se alean. Este desajuste genera frustración a nivel de la red atómica, lo que se traduce en frustración magnética, obligando a los espines a girar en los patrones no triviales deseados.
Para verificar estas texturas similares a skyrmiones, el equipo empleó difracción de neutrones de cristal único en el instrumento TOPAZ en la Fuente de Neutrones por Espalación del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, confirmando la presencia de arreglos de espín cíclicos a escala nanométrica—ideales para una posible integración en dispositivos compactos.
Una ventaja clave es el control de baja energía de estos patrones, lo que podría permitir una memoria magnética ultraeficiente (por ejemplo, discos duros de mayor densidad y menor consumo) o una protección robusta de estados cuánticos. A diferencia de investigaciones previas sobre skyrmiones, que a menudo implicaban la selección empírica de materiales existentes, este trabajo representa un enfoque racional y basado en el diseño utilizando "pensamiento químico" para apuntar a límites composicionales específicos y predecir el magnetismo complejo emergente.
[Wang, Y., Campbell, I., Tener, Z. P., Clark, J. K., Graterol, J., Rogalev, A., Wilhelm, F., Zhang, H., Long, Y., Dronskowski, R., Wang, X., & Shatruk, M. (2025). Texturas de Espín Similares a Skyrmiones Emergentes en el Material Derivado de la Frustración Estructural. Journal of the American Chemical Society, 147(47), 43550–43559. DOI: 10.1021/jacs.5c12764]

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