Investigadores de la UC contribuyen a demostrar la existencia de skyrmiones eléctricos

Un equipo de investigadores liderado por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía y entre los que encuentran los profesores Javier Junquera y Pablo García-Fernández, del Departamento de Ciencias de la Tierra y Física de la Materia Condensada de la Universidad de Cantabria, así como el estudiante Fernando Gómez, han observado partículas conocidas como skyrmiones en un material con propiedades ferroeléctricas, lo que podría desempeñar un papel clave en la próxima generación de aplicaciones y dispositivos de almacenamiento de datos.

En física teórica de partículas, el skyrmión es una partícula hipotética propuesta por Tony Skyrme que explica algunas de las propiedades de la materia nuclear. Hasta ahora, estas formaciones se habían observado en superconductores o en películas magnéticas delgadas, pero se consideraba que era imposible hallarlos en materiales eléctricos.

Tal y como recuerda Javier Junquera, "Stuart Parkin, físico experimental, miembro de IBM y gurú de estos temas, ya propuso hace más de 10 años, cambiar el paradigma en los sistemas de almacenamiento informático, los pen-drives y demás, basándose en los skyrmiones magnéticos en un modelo de "race tracks" o pistas de carreras.

"La ventaja es que los skyrmiones eléctricos tienen un tamaño mucho más pequeño que los magnéticos, lo que permite que a misma unidad de área, nos quepa más información, aumentamos la densidad de la memoria que se puede almacenar en un determinado dispositivo", explica.

"Lo que hemos probado es que en los sistemas ferroeléctricos también existen estructuras topológicas no triviales similares a los skyrmiones que pueden almacenar información del mismo modo que lo hay en sistemas magnéticos", señala el investigador Pablo García-Fernández.

Esto se ha logrado con una combinación de experimentos utilizando microscopios electrónicos para caracterizar la estructura y ver cómo giran esos dipolos eléctricos. "Lo que hemos hecho en la UC con simulaciones a gran escala con decenas de miles de átomos donde hemos podido caracterizar cómo se colocan esos átomos para generar ese skyrmión", explica.

"Lo que descubrimos es simplemente alucinante", según explica el autor principal del trabajo "Observation of room-temperature polar skyrmions", publicado en la revista Nature, Ramamoorthy Ramesh, puesto que los investigadores siempre habían asumido que los skyrmiones solo aparecerían en materiales magnéticos porque se habían observado en láminas delgadas de materiales magnéticos en determinadas condiciones de campo magnético y temperatura. Por eso, cuando Ramesh y su equipo descubrieron este tipo de estructuras en un material polar eléctrico, se asombraron.

"Los materiales son como las personas", explica Ramesh. "Cuando las personas se estresan, responden de manera impredecible. Y eso es lo que hacen los materiales: en este caso, al rodear el titanato de plomo, que es polar, por el titanato de estroncio, que no es polar, en ambos lados, el titanato de plomo comienza a volverse loco, y una manifestación de ello es crear todo de estas texturas polares como los skyrmiones".

A continuación, los investigadores planean estudiar los efectos de la aplicación de un campo eléctrico en los skyrmiones, ha informado la UC en nota de prensa. "Somos los primeros en llegar a ese nuevo continente y queda todo un mundo por explorar", adelanta Junquera.