Como baristas criando lindas espirais de espuma cremosa nas superfícies quentes dos cafés com leite, pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) descobriram uma maneira de controlar a criação de superfícies texturizadas especiais em materiais magneticamente ordenados.

Enquanto um barista gira o leite fisicamente para gerar espuma para um café com leite, Os pesquisadores da Argonne investigaram novas regiões que envolvem spins magnéticos. Essas regiões, conhecido como skyrmions ou antiskyrmions, não têm carga elétrica líquida, mas têm o que os cientistas chamam de "carga topológica, "o que significa que eles podem ser usados ​​para armazenar informações.

"As pessoas já criaram skyrmions antes, "disse Argonne Distinguished Fellow Amanda Petford-Long, um autor do estudo. "Mas todas as pesquisas que foram feitas até agora envolveram sua formação espontânea. A novidade é que agora podemos controlar onde eles ocorrem em um material."

Para criar seus skyrmions e antiskyrmions, os pesquisadores usaram um feixe de íons focalizado, que essencialmente bombardeou a superfície das camadas de platina e cobalto com íons de gálio. "Você quase pode pensar nisso como um chef usando uma tocha brulee, mas em vez de usar calor, estamos usando outro material, "disse o cientista de materiais de Argonne Charudatta Phatak, um dos principais autores do estudo.

A maneira como os pesquisadores decidiram mover o feixe de íons na superfície influenciou dramaticamente os tipos de estruturas resultantes. Primeiro, eles tentaram um método conhecido como "varredura raster, "que envolvia mover o feixe para frente e para trás verticalmente ou horizontalmente. Isso não produziu os skyrmions ou antiscyrmions desejados.

Eventualmente, a equipe teve a ideia de mover o feixe em espiral, começando do centro e trabalhando para fora ou das bordas e movendo-se em direção ao centro. No primeiro caso, isso produziu um skyrmion muito bem definido; no segundo caso, os pesquisadores descobriram que a espiral interna produziu um antiscirmion. "Para o melhor de nosso conhecimento, esta é a primeira vez que um antiscyrmion artificial foi realizado por experimento, "Phatak disse.

Como esse método cria skyrmions e antiscyrmions que são fixos na posição, pesquisas futuras poderiam usar esse avanço para criar uma espécie de "máquina de pinball" para elétrons que usaria os spins magnéticos impressos nas regiões do skyrmion para direcionar o movimento dos elétrons.

"O que é realmente empolgante é a capacidade de estudar as interações dessas estruturas, "Petford-Long disse." Nossa pesquisa abre muitas novas possibilidades para explorar a nova física fundamental, porque usar o feixe de íons nos permite fazer skyrmions e estruturas semelhantes a skyrmion com vários tamanhos que variam de nanômetros a mícrons. "

Um artigo baseado no estudo, "Criação de skyrmions e antiscyrmions artificiais por engenharia de anisotropia, " apareceu em Relatórios Científicos em 10 de agosto, 2016