Investigador de la U. Autónoma explora fenómenos magnéticos emergentes en el nanomundo
Por primera vez, los científicos pueden manipular la materia en tamaños tan pequeños que desafían lo conocido. En ese espacio diminuto, entre lo clásico y lo cuántico, los átomos se acomodan en capas finas y los campos magnéticos se comportan de maneras sorprendentes.
Para estudiar estos fenómenos, el profesor e investigador de la Universidad Autónoma de Chile, Sebastián Castillo, se centra en la interacción magnética quiral en sistemas a nanoescala y microescala (una propiedad del magnetismo donde los diminutos imanes dentro de un material “prefieren” girar en una sola dirección, como si tuvieran mano derecha o izquierda).
“El vórtice magnético puede girar en una u otra dirección. Si no tengo interacciones quirales, cualquiera de los dos vórtices podría aparecer, pero cuando incorporamos esa interacción, el sistema escoge una de las dos direcciones y eso le da nuevas propiedades”, explicó el doctor en Ciencias.
Solitones magnéticos y aplicaciones
A nanoescalas, surgen estructuras llamadas solitones magnéticos, configuraciones estables de los imanes diminutos dentro del material. Entre ellas destacan skyrmions, bimerons, hopfions y chiral bobbers, capaces de moverse sin deformarse y resistir defectos o campos magnéticos. Esto los hace candidatos ideales para memorias, sensores y otras tecnologías avanzadas.
“Queremos ver cómo evolucionan estos sistemas bajo corrientes o campos magnéticos. A veces, las estructuras se van al borde y se destruyen, pero podemos manipular los bordes o colocar defectos para que duren más”, comenta el investigador de 35 años.
Financiado por ANID mediante el Fondecyt Regular 2025-2028, el proyecto estudia cómo interactúan los solitones, su comportamiento bajo corrientes polarizadas por espín, hopfions (tridimensionales y sensibles a la geometría del material), skyrmion tubes y chiral bobbers (formados por la interacción Dzyaloshinskii-Moriya y la anisotropía magnética), y cómo controlar el DM bias en nanoestructuras asimétricas.
Ciencia desde el computador
El estudio considera simulaciones computacionales con el programa MuMax3, que funciona con tarjetas gráficas NVIDIA y realiza millones de cálculos por segundo. “No tengo un laboratorio experimental, pero las simulaciones son como tener uno dentro del computador. Podemos ver qué pasa cuando aplicamos corriente, un campo magnético o cuando el material tiene defectos”, detalló el Dr. Castillo, oriundo de Peñalolén.
Gracias a estas simulaciones, observó bimerones que se mueven más rápido y se mantienen estables por más tiempo. “Logramos aumentar la velocidad de un bimerón casi al doble. Eso muestra que podemos mejorar la transmisión de datos sin perder estabilidad”, agregó.
En la investigación colaboran científicos como la Dra. Rosa Corona (UTEM), la Premio Nacional de Ciencias Exactas 2019, Dra. Dora Altbir y el brasileño Vagson Carvalho.
Hoy, los dispositivos de almacenamiento guardan datos en superficies planas. Si se logra controlar estos remolinos magnéticos en tres dimensiones, se podría almacenar información dentro del volumen del material, multiplicando su capacidad. Además, estos sistemas podrían crear sensores más rápidos y precisos, e incluso aplicaciones en nanomedicina, guiando partículas dentro del cuerpo.
“Tenemos la suerte de que exista ANID, una agencia que financia la ciencia en Chile. Sin ese apoyo, sería muy difícil avanzar en investigación”, comenta Castillo, quien en 2017 obtuvo su primer Fondecyt de Iniciación y también ingresó a la Universidad Autónoma, donde actualmente es académico de la Facultad de Ingeniería.