Un equip científic del CSIC i de la New York University ha descrit com es generen les ones magnètiques solitàries, anomenades solitons, quant triguen a formar-se i en desaparèixer. El treball que té entre els seus investigadors principals a Ferran Macià, de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB) del CSIC, s'acaba de publicar a Scientific Reports.
Per tenir una idea de què són aquests solitons, un pot imaginar un llac al qual es llança una pedra: immediatament, en la superfície de l'aigua es generen ones que es dispersen cap a tot arreu.
De manera similar, quan un imant rep un petit impuls, es generen ones magnètiques. Però si es pogués modificar l'aigua del llac de tal manera que en llançar una pedra no es produïssin diverses ones sinó tan sols una, una gran onada, això seria un solitó.
Els solitons magnètics es formen a causa d'un delicat equilibri de forces magnètiques. Els científics fan servir, de fet, la imatge gràfica que és una ona magnètica solitària com un tsunami a la superfície plana de l'aigua, però no destructiu.
Els solitons interessen perquè poden ser usats per a propagar energia o per transmetre informació d'una manera que és molt més eficient energèticament que els mètodes actuals que impliquen el moviment de la càrrega elèctrica.
"Però no es pot avançar en el seu ús si no se sap com es generen", explica Ferran Macià, investigador de l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona del CSIC. "Quant temps triguen a crear-se i en extingir-se". Això és el que han fet els científics en aquest treball.
Han examinat un tipus específic de soliton, una "gota 'magnètica, que és dinàmica, el que implica que són ones magnètiques solitàries que oscil·len ràpidament. Després modificar els materials magnètics, els científics han creat i observat solitons per esbrinar quant de temps triguen a formar-se i en propagar-se (entre diversos nanosegons i un microsegon, segons els resultats), abans de desaparèixer (cosa que fan en uns pocs nanosegons).
Aquest tipus de solitons és interessant per al desenvolupament de circuits inspirats en la biologia i amb aplicacions prometedores en el camp de la computació neuromòrfica. Es tracta de circuits que emulen les estructures neurobiològiques del sistema nerviós. En aquest cas, els solitons són oscil·ladors i poden imitar el comportament de les neurones.
Un vídeo del procés es pot veure aquí. Mostra una ona magnètica orbitant al voltant d'una capa magnètica molt prima al costat d'un contacte elèctric. El perímetre del contacte està marcat amb un cercle blau. L'ona magnètica oscil·la. Com gotes d'aigua, les ones magnètiques s'evaporen (desapareixen) quan s'interromp el pas d'electrons a través del contacte elèctric
Article:
Generation and annihilation time of magnetic droplet solitons. Jinting Hang, Christian Hahn, Nahuel Statuto, Ferran Macià & Andrew D. Kent. Scientific Reports, 8, 6847 (2018). DOI:10.1038/s41598-018-25134-z.