"Pressão" química de propriedades magnéticas sintonizadas por substituição atômica de um ímã bem estudado, siliceto de manganês. Átomos um pouco maiores (verdes) tomaram o lugar de alguns dos átomos de silício no ímã, expandindo a estrutura cristalina. A estrutura de cristal expandida (a) é mostrada onde o azul é o silício e o rosa é o manganês. Uma pequena quantidade de substituição estabilizou duas fases magnéticas:spins magnéticos em espiral (setas) representam uma fase magnética helicoidal (b); giros de torção criando vórtices representam uma fase de rede de skyrmion exótica (c). Crédito:Departamento de Energia dos EUA
Incomum, minúsculos vórtices girando na superfície de certos ímãs podem oferecer uma maneira de reduzir as demandas de energia dos computadores. Controlar os vórtices é fundamental. Os cientistas descobriram que a substituição química em um ímã bem estudado atuou como um botão eficaz no ajuste das propriedades magnéticas. Adicionar apenas alguns átomos ligeiramente maiores ao ímã expandiu a estrutura do cristal, ou arranjo atômico. A expansão aplicou uma pressão "química negativa" no sistema. A pressão mudou o caráter do magnetismo e estabilizou uma fase de vórtice exótica chamada estrutura de skyrmion.
Essa compreensão ampliada de como criar e estabilizar skyrmions pode nos aproximar de dispositivos de memória magnética que requerem menos corrente elétrica para serem controlados. O trabalho também forneceu uma visão sobre a origem das interações responsáveis pela formação de skyrmion.
Desde a descoberta de skyrmions magnéticos - textura de spin semelhante a um vórtice topologicamente estável - em um metal magnético bem estudado em 2009, muitas pesquisas estão focadas nas propriedades fundamentais e na origem dessa fase magnética incomum. Skyrmions são relativamente grandes e sensíveis a baixas correntes e, portanto, têm potencial para dispositivos eletrônicos de baixa potência.
O presente trabalho se concentrou em compreender as características que criam e estabilizam skyrmions, particularmente uma interação anti-simétrica que se acredita ser responsável pelo desenvolvimento da rede skyrmion. Os cientistas usaram a substituição química com átomos ligeiramente maiores em locais não magnéticos na rede cristalina para expandir a estrutura. Inesperadamente em níveis relativamente baixos, a substituição química afetou o caráter magnético e as propriedades de transporte de carga.
Experimentos revelaram uma mudança no caráter da estrutura eletrônica considerada o fator determinante para a interação anti-simétrica no coração da formação do skrymion. Esta pesquisa mostrou a dramática dependência do estado magnético do tamanho da rede cristalina e aponta a oportunidade de explorar as origens das interações anti-simétricas por meio de uma combinação de experimentos, espalhamento de nêutrons, e cálculo de estrutura eletrônica.
