Patrones magnéticos bajo el microscopio exprés

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Una película magnética de unas decenas de átomos de espesor almacena información mediante diminutos vórtices magnéticos. Pero no se puede mirar dentro y ver esos vórtices directamente: el instrumento solo detecta el débil campo magnético alrededor de la película. Reconstruir el patrón de magnetización a partir de ese campo es como adivinar la forma de un relieve invisible por su sombra en la pared. Una misma sombra puede ser proyectada por figuras distintas, y el problema se descompone en un número infinito de respuestas.

Los autores del trabajo propusieron un método que no requiere ejemplos previos para el entrenamiento. En su lugar, ponen en marcha una red neuronal simple que por sí misma ajusta la imagen que explica el campo medido. La red comienza con ruido aleatorio y, paso a paso, va dibujando el patrón magnético, contrastándolo con las leyes de la física. Este enfoque se conoce como prior profundo de imagen: la red, incluso antes de entrenarse, «sabe» que las imágenes naturales suelen ser suaves y coherentes, no un revoltijo de píxeles sin orden.

Los experimentos se realizaron con patrones de permalloy, una aleación de níquel y hierro, con la que se recubrieron pequeñas áreas sobre un sustrato de silicio. La comparación con un método independiente, la microscopía de fuerza magnética, confirmó que las imágenes reconstruidas coinciden con los dominios magnéticos reales, es decir, las regiones donde todos los imanes atómicos apuntan en la misma dirección. Esta herramienta será útil en el desarrollo de memorias donde la información se almacena en forma de vórtices magnéticos, y de sensores capaces de detectar campos ultradébiles.