Un imán de nevera se pega porque las diminutas agujas atómicas en su interior están alineadas en una misma dirección. Pero si esas agujas empiezan a discutir entre ellas —unas tiran a la izquierda, otras a la derecha, otras giran como peonzas— surge la frustración magnética. Ese desorden da lugar a patrones extraños: franjas, espirales, vórtices. Los científicos han estudiado cómo controlar esta frustración en una película delgada de óxido de estroncio y rutenio mediante un campo eléctrico.
En el trabajo se combinaron cálculos por ordenador y simulaciones del comportamiento de millones de agujas atómicas. Resultó que si se extraen electrones de la película (dopaje de huecos), las interacciones magnéticas entre capas vecinas dejan de estar coordinadas y la frustración aumenta. Y si se añaden electrones, el magnetismo apenas cambia. En la interfaz entre dos óxidos —titanato de bario y rutenato de estroncio— el campo eléctrico de la polarización del titanato de bario empobrece de electrones las capas superiores del rutenato. Esto altera la fuerza de las interacciones entre capas y desencadena la frustración.
Dependiendo del espesor de la película y del campo magnético externo, la frustración estabiliza toda una secuencia de fases. Aparecen dominios en franjas, estados espirales y luego objetos topológicos: merones, bimerones y diversos skyrmiones. Estos vórtices recuerdan a pequeños nudos magnéticos que no se deshacen por sí solos. Se pueden mover con un campo eléctrico, no con corriente, lo que promete memoria y lógica energéticamente eficientes.
Así, el campo eléctrico se convierte en una herramienta que conmuta el material entre un imán simple y un caleidoscopio magnético. El mismo óxido de estroncio y rutenio que en volumen se comporta como un ferromagneto ordinario, en película delgada bajo voltaje se transforma en una fábrica de texturas topológicas. Y esa fábrica se puede controlar simplemente cambiando el voltaje en la puerta.
Los skyrmiones llevan el nombre del físico británico Tony Skyrme, quien en la década de 1960 los propuso como modelo matemático de partículas en física nuclear, mucho antes de que se descubrieran en materiales magnéticos.
En la novela de Greg Egan «Diáspora», los dispositivos de computación utilizan estados topológicos para proteger la información de las interferencias, una idea que resuena con la esperanza de la memoria basada en skyrmiones.