Determinan una ley universal para predecir las características de materiales magnéticos

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Un equipo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, entidad dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, ha encontrado una “conexión inesperada” entre dos fenómenos magnéticos que hasta ahora se habían descrito por separado. Esta relación entre ellos les ha permitido definir una nueva ley universal que para predecir el tamaño de ciertas características magnéticas de los materiales, lo que será clave para el avance de la espintrónica o los dispositivos magnéticos de almacenamiento. 

Los resultados del trabajo, que acaba de publicarse en Physical Review Letters, son además aplicables a una gran variedad de materiales magnéticos. Unai Atxitia, investigador del ICMM-CSIC y autor principal del trabajo, explica que existen dos fenómenos magnéticos fundamentales que, hasta ahora, se habían descrito por separado: las ondas de espín y las paredes de dominio.

“Las ondas de espín son perturbaciones magnéticas que viajan a través de un material, mientras que las paredes de dominio son fronteras estáticas que separan regiones con distinta orientación magnética”, describe el científico. Es decir, todo material magnético está dividido en zonas (llamadas ‘dominios magnéticos’) donde todos los espines atómicos apuntan hacia una misma dirección, y el punto donde cambian de dirección –donde pasamos de una zona a otra– sería la pared de dominio. 

 Al demostrar que ambas características son, en esencia, dos manifestaciones de un mismo fenómeno (una dinámica y otra estática), este equipo ha desarrollado “una descripción universal que permite predecir el tamaño de estas paredes en una amplia variedad de materiales magnéticos a partir de sus propiedades fundamentales”, agrega José M. Lendínez, investigador predoctoral en el ICMM-CSIC y primer autor del estudio. 

De esta manera, calculando cómo se propagan las excitaciones magnéticas del material (el spin) se puede predecir el tamaño de las paredes de dominio: “Nuestro enfoque constituye una herramienta poderosa para comprender los perfiles de las paredes de dominio en sistemas de espín complejos”, señala Marta Yanguas, también investigadora predoctoral en el ICMM-CSIC y parte del equipo de trabajo junto a Theodor Griepe y Michael Saur.

La importancia del trabajo es capital, ya que las paredes de dominio son un elemento clave en tecnologías emergentes como las memorias magnéticas o la espintrónica, una nueva tecnología que promete revolucionar el desarrollo de dispositivos microelectrónicos. Esto es así porque el ancho de esa pared afecta directamente a la energía necesaria para moverla, a su estabilidad y, por lo tanto, a la velocidad de operación de futuros dispositivos. De esta manera, conocer su tamaño permitirá diseñar materiales magnéticos complejos de manera mucho más eficiente.

El equipo ha comprobado sus predicciones a través de simulaciones de dinámica de espín atomística a gran escala, y los resultados han sido positivos. “Nuestro enfoque constituye una herramienta poderosa para comprender los perfiles de las paredes de dominio en sistemas de espín complejos”, concluye Atxitia.

Referencia:

José M. Lendínez, Marta Yanguas, Theodor Griepe, Michael Saur, Rubén M. Otxoa, Levente Rózsa, and Unai Atxitia, Generalized theory of domain-wall width in multisublattice Heisenberg magnets, Physical Review Letters. DOI: https://doi.org/10.1103/7jsh-bbdb