Un equipo internacional de investigadores, en el que ha participado la Universidad de Oviedo, ha obtenido por primera vez nanoestructuras 3D magnéticas con estados topológicos complejos que se propagan al campo externo que estas generan. Este hallazgo abre el camino a nuevas aplicaciones en computación cuántica, en microscopía a la nanoescala y en la creación de materiales inteligentes avanzados. Los resultados obtenidos han sido publicados en la prestigiosa revista Nature Nanotechnology, de máximo impacto en su área del conocimiento.

 

El uso de técnicas de impresión 3D para el desarrollo de prototipos ha constituido un gran avance en ciencia e ingeniería debido su versatilidad y a su capacidad para fabricar piezas y geometrías imposibles de crear mediante otros métodos de fabricación. 

 

En este trabajo, liderado por los investigadores Amalio Fernandez-Pacheco, del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón, INMA, instituto mixto del CSIC y la Universidad de Zaragoza, y Claire Donnelly, de la Universidad de Cambridge, Reino Unido; el empleo de técnicas avanzadas de nanoimpresión 3D basadas en microscopios electrónicos ha permitido crear una estructura de doble hélice magnética de unas pocas decenas de nanómetros de tamaño (1 metro contiene 1.000 millones de nanómetros). Posteriormente, dicha estructura ha sido investigada mediante nano-tomografía de Rayos X en un sincrotrón, una gran infraestructura científica que permite hacer imágenes de materiales con resolución nanométrica. 

 

El investigador Amalio Fernández-Pacheco destaca que "gracias a las imágenes obtenidas en 3D del estado magnético de la estructura, hemos podido observar que su geometría (muy semejante a la doble hélice del ADN) da lugar a estados magnéticos que nos permiten controlar a voluntad el campo magnético que se desarrolla en el espacio formado entre las hebras de la doble hélice".

 

Este estudio, en el que ha tenido un papel clave Aurelio Hierro-Rodríguez, miembro del departamento de Física de la Universidad de Oviedo, es una contribución muy importante en el campo del Nanomagnetismo 3D, con gran interés para el desarrollo de dispositivos de almacenamiento magnético y procesamiento de información, que rompe con el paradigma actual basado en arquitecturas 2D. El investigador de la Universidad de Oviedo explica que "el salto cualitativo de dos a tres dimensiones espaciales tiene efectos no solo en la densidad de información que puede ser almacenada, sino que la propia física y fenomenología de los sistemas magnéticos cambia abriéndose un abanico de nuevas posibilidades para ser exploradas y explotadas".

 

En concreto, los resultados del trabajo, que ha conseguido configurar el campo magnético local en la nanoescala, han permitido la creación de texturas con implicaciones en técnicas de imagen, sistemas de confinamiento magnético y en el desarrollo de nuevos materiales funcionales.

 

El trabajo ha sido desarrollado a través de una colaboración internacional en la que han participado, además de la Universidad de Oviedo, investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), de las Universidades de Cambridge y Glasgow (Reino Unido), de La Universidad de Viena (Austria), del Instituto Max Plank en Dresde (Alemania) y del Instituto Swiss Light Source (Suiza).

 

El proyecto ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) bajo el Programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (acuerdo de subvención Nº 101001290).

 

Referencia

Donnelly, C., Hierro-Rodríguez, A., Abert, C. et al. Complex free-space magnetic field textures induced by three-dimensional magnetic nanostructures. Nat. Nanotechnol. (2021). https://doi.org/10.1038/s41565-021-01027-7