Objetos giratórios conhecidos como vórtices magnéticos e skyrmions podem ser miniaturizados sem sacrificar a mobilidade, uma equipe de pesquisa internacional liderada pela KAUST descobriu. Essas descobertas são relevantes para futuras tecnologias de memória de "pista de corrida" que apresentam densidades massivas de bits magnéticos móveis.

Em filmes magnéticos nanométricos, como ligas de ferro-níquel, a região que separa dois domínios magnéticos ou defeitos pode adotar padrões semelhantes a minúsculos redemoinhos. Alguns desses padrões, chamados skyrmions, resistir ao desdobramento, mesmo quando embalado firmemente, e também podem ser direcionados com pequenas correntes elétricas. Esses recursos tornaram os skyrmions alvos atraentes para pesquisas em dispositivos de memória de alta capacidade. Um conceito dispara em torno de um loop e depois passa por um cabeçote de leitura / gravação estacionário para eliminar a necessidade de componentes mecânicos usados ​​nos discos rígidos atuais.

Aurelien Manchon, Professor Associado de Ciência e Engenharia de Materiais na Universidade, observa que uma das principais razões para o apelo dos skyrmions é sua capacidade de evitar defeitos ou manchas desiguais em filmes finos que normalmente prenderiam ou "fixariam" uma carga magnética. Contudo, essa agilidade é comprometida quando os pesquisadores tentam reduzir os skyrmions ao menor tamanho possível - quanto menores eles ficam, maior é a probabilidade de serem fixados por causa do aumento relativo nas dimensões do local do defeito.

Para melhorar esses dispositivos, Manchon e colaboradores internacionais tentaram entender a transferência de momento fundamental entre correntes de carga e redemoinhos magnéticos.

Usando intensos raios-x gerados na fonte de luz avançada da Universidade de Berkeley, a equipe capturou imagens resolvidas no tempo de padrões de redemoinhos chamados vórtices magnéticos conforme eles giravam ao longo de uma trilha de meio anel de largura nanométrica. Ao localizar a posição do núcleo do vórtice a partir da sequência de imagens, eles obtiveram dados precisos sobre um parâmetro, conhecido como torque de transferência de rotação não adiabático, o que é crucial para manipulações elétricas.

Surpreendentemente, o torque não adiabático medido foi muito maior do que os valores previstos pelos modelos existentes. Para explicar essa discrepância, uma análise teórica de Manchon mostrou que a torção extra foi fornecida por outra força - o efeito Hall emergente, que ocorre quando os elétrons viajam através de um redemoinho magnético.

"Em poucas palavras, elétrons experimentam uma força que os empurra para os lados, mas não vem da própria magnetização local; em vez disso, surge da topologia da textura magnética, "explicou Manchon." Este efeito produz uma corrente polarizada de spin extra que exerce um torque no redemoinho. "

Os pesquisadores descobriram que o torque não adiabático adicional se intensifica quando o tamanho do redemoinho é reduzido - uma força motriz que pode oferecer uma maneira de superar a fixação de defeitos em nanoescala. "Este pode ser um compromisso interessante de se buscar, especialmente no contexto de armazenamento de dados baseado em skyrmion, "acrescentou Manchon.