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En el campo de la espintrónica, se espera que los dispositivos espintrónicos basados ​​en skyrmions magnéticos cumplan con los requisitos de rendimiento de los dispositivos futuros, como alta capacidad, alta velocidad y bajo consumo de energía.

Sin embargo, los skyrmions magnéticos enfrentan muchos desafíos en la aplicación de dispositivos prácticos, entre los cuales el control eficiente de la generación y aniquilación de skyrmion es uno de los problemas clave.

Para abordar este problema, el grupo de investigación del profesor asociado Hou Yusheng de la Facultad de Física de la Universidad Sun Yat-sen utilizó cálculos de primeros principios para calcular una sola capa de CrYX (Y = S, Se, Te; X = Cl, Br , I) basado en la interacción intrínseca de Dzyaloshinskii-Moriya. Se encontró en los materiales magnéticos de Janus que un campo magnético externo puede inducir la aparición de skyrmions magnéticos [1].

Imagen | Hou Yusheng (Fuente: Hou Yusheng)

Sobre esta base, tuvieron en cuenta las características de polarización no volátil de los materiales ferroeléctricos bidimensionales y propusieron un esquema teórico para controlar skyrmions magnéticos en heterouniones bidimensionales de muchos cuerpos de Van der Waals.

Después de dos años de exploración e investigación, descubrieron la conversión entre el estado skyrmion magnético intrínseco y el estado ferromagnético en la heterounión multicuerpo bidimensional de van der Waals compuesta por CrSeI e In 2 Te 3.

Al mismo tiempo, para ayudar a encontrar y regular skyrmions magnéticos en otras heterouniones multiferroicas bidimensionales, propusieron un descriptor conciso para definir con precisión el rango de skyrmions magnéticos.

Recientemente, se publicó en Nano Letters [2] un artículo relacionado titulado "Cambio de Skyrmions magnéticos intrínsecos con anisotropía magnética controlable en heteroestructuras multiferroicas de van der Waals" y fue seleccionado como artículo de portada del número actual.

Wang Zequan, estudiante de maestría en la Universidad Sun Yat-sen, es el primer autor y Hou Yusheng es el autor correspondiente.

Figura | Artículos relacionados (Fuente: Nano Letters)

Uno de los revisores consideró "muy interesante" el descubrimiento de skyrmions magnéticos intrínsecos y la conmutación de estados ferromagnéticos de alta temperatura en la multiferroheterounión bidimensional de van der Waals CrSeI/In 2 Te 3.

Al mismo tiempo, este revisor comentó que el descriptor de skyrmion magnético que propusieron en el artículo puede servir como una "guía útil" para manipular skyrmions magnéticos en las heterouniones multiferroicas bidimensionales de van der Waals, ampliamente estudiadas.

Otro revisor cree que el esquema teórico propuesto esta vez para controlar skyrmions magnéticos en una heterounión multiferroica bidimensional de van der Waals utilizando anisotropía magnética controlable es novedoso.

(Fuente: Nano Letras)

Dentro de unos años, este resultado teórico puede tener posibles aplicaciones prácticas.

La primera aplicación es la memoria de seguimiento.

Controlando con precisión la creación y aniquilación de skyrmions magnéticos, es posible diseñar memorias de carreras con densidades de almacenamiento extremadamente altas.

Este tipo de memoria utiliza la estabilidad topológica de los skyrmions magnéticos para lograr un almacenamiento de información a largo plazo y, al mismo tiempo, utiliza la movilidad de los skyrmions magnéticos para lograr una lectura y escritura rápidas de información.

Esto aumentará en gran medida la densidad y la velocidad del almacenamiento de información y proporcionará nuevas soluciones para el almacenamiento de datos en el futuro.

La segunda aplicación son los dispositivos de puerta lógica.

Mediante el diseño de dispositivos de puerta lógica basados ​​en skyrmions magnéticos, se puede lograr un rápido procesamiento y transmisión de información.

Este tipo de dispositivo de puerta lógica utiliza la estabilidad topológica y la movilidad de los skyrmions magnéticos para implementar operaciones lógicas sobre la información, lo que puede proporcionar nuevas posibilidades para los circuitos informáticos.

Al mismo tiempo, el descriptor de skyrmion magnético que propusieron puede predecir y regular con mayor precisión el comportamiento de skyrmion magnético en materiales bidimensionales, lo que es beneficioso para el diseño de dispositivos de skyrmion magnético con mejor rendimiento.

(Fuente: Nano Letras)

Según la investigación actual, tienen planes claros para la investigación de seguimiento.

Por un lado, los skyrmions magnéticos, como estructura de espín especial, tienen un gran potencial en el campo de la espintrónica.

Por otro lado, los materiales de alta entropía han sido ampliamente investigados y aplicados en el campo de la ingeniería debido a sus excelentes características de rendimiento, como alta sintonizabilidad, alta conductividad y alta resistencia a la corrosión.

Creen que la investigación sobre la combinación de skyrmions magnéticos y materiales de alta entropía no sólo tiene un valor científico único, sino que también tiene amplias perspectivas de aplicación.

Por lo tanto, el equipo seguirá estudiando la existencia estable y la regulación de skyrmions magnéticos en materiales de alta entropía.

A través de diversos medios, como campos magnéticos externos, campos eléctricos, temperatura, etc., esperan lograr un control preciso del comportamiento dinámico de los skyrmions magnéticos, revelando así el mecanismo de regulación de los skyrmions magnéticos en materiales de alta entropía.

Combinando las excelentes propiedades de los materiales de alta entropía, el equipo de investigación desarrollará nuevos materiales compuestos basados ​​en skyrmions magnéticos. Se espera que estos materiales tengan mejor rendimiento, menor costo y perspectivas de aplicación más amplias.

Referencias:

1. Yusheng Hou, Feng Xue, Liang Qiu, Zhe Wang, Ruqian Wu, Npj Computational Materials, 8, 120 (2022)

2. Wang, ZQ, Xue, F., Qiu, L., Wang, Z., Wu, R. y Hou, Y. (2024). Conmutación de skyrmions magnéticos intrínsecos con anisotropía magnética controlable en heteroestructuras multiferroicas de van der Waals. Nano Letters, 24(14), 4117-4123.

Composición tipográfica: He Chenlong, Liu Yakun

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