Desvelan propiedades de las ondas magnéticas solitarias

Un equipo científico del CSIC y de la New York University ha descrito cómo se generan las ondas magnéticas solitarias, llamadas solitones, cuánto tardan en formarse y en desaparecer. El trabajo que tiene entre sus investigadores principales a Ferran Macià, del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC), se acaba de publicar en Scientific Reports.

Fotograma del video en el que se muestra el comportamiento de los solitones.Para tener una idea de qué son estos solitones, uno puede imaginar un lago al cual se lanza una piedra: inmediatamente, en la superficie del agua se generan ondas que se dispersan hacia todas partes.

De forma similar, cuando un imán recibe un pequeño impulso, se generan ondas magnéticas. Pero si se pudiera modificar el agua del lago de tal forma que al lanzar una piedra no se produjeran varias ondas sino tan sólo una, una gran ola, eso sería un solitón.

Los solitones magneticos se forman debido a un delicado equilibrio de fuerzas magnéticas. Los científicos usan, de hecho, la imagen gráfica de que es una onda magnética solitaria como un tsunami en la superficie plana del agua, pero no destructivo.

Los solitones interesan porque pueden ser usados para propagar energía o para transmitir información de una manera que es mucho más eficiente energéticamente que los métodos actuales que implican el movimiento de la carga eléctrica.

“Pero no se puede avanzar en su uso si no se sabe cómo se generan”, explica Ferran Macià, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona del CSIC. “Cuanto tiempo tardan en crearse y en extinguirse” Eso es lo que han hecho los científicos en este trabajo.

Han examinado un tipo específico de soliton, una ‘gota’ magnética, que es dinámica, lo que implica que son ondas magnéticas solitarias que oscilan rápidamente. Tras modificar los materiales magnéticos, los científicos han creado y observado solitones para averiguar cuánto tiempo tardan en formarse  y en propagarse (entre varios nanosegundos y un micro

segundo, según los resultados), antes de desaparecer (cosa que hacen en unos pocos nanosegundos). Este tipo de solitones es interesante para el desarrollo de circuitos inspirados en la biología y con aplicaciones prometedoras en el campo de la computación neuromórfica. Se trata de circuitos que emulan las estructuras neurobiológicas del sistema nervioso. En este caso, los solitones son osciladores y pueden imitar el comportamiento de las neuronas.

Un video del proceso se puede ver aquí. Muestra una onda magnética orbitando alrededor de una capa magnética muy delgada junto a un contacto eléctrico. El perímetro del contacto está marcado con un círculo azul. La onda magnética oscila. Como gotas de agua, las ondas magnéticas se evaporan (desaparecen) cuando se interrumpe el paso de electrones a través del contacto eléctrico.

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

 

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