As medições no Australian Centre for Neutron Scattering ajudaram a esclarecer o arranjo dos vórtices magnéticos, conhecido como skyrmions, em siliceto de manganês (MnSi).

Um skyrmion é a menor mudança possível em um ímã uniforme:uma região semelhante a um ponto de magnetização reversa, rodeado por uma torção giratória de giros.

A configuração magnética está atraindo a atenção como um potencial portador de dados em dispositivos de memória de última geração.

Um grupo de pesquisadores do RIKEN Center for Emergent Matter Science no Japão descobriu que um campo magnético pode ser usado para alternar um grupo de skyrmions para frente e para trás entre dois arranjos de rede diferentes, demonstrando o tipo de controle necessário para dispositivos de memória avançados.

O estudo foi publicado em Avanços da Ciência .

Os átomos em certos materiais carregam seu próprio magnetismo intrínseco, com cada átomo agindo como uma barra magnética. Quando esses ímãs em miniatura são transformados em minúsculos padrões giratórios, eles formam coletivamente skyrmions que se comportam como partículas discretas.

Ele só se forma em ímãs em que a interação de spins prefere uma estrutura magnética com simetria quiral, como torção que é canhota ou destra.

Sendo circular, skyrmions normalmente se agrupam em uma estrutura triangular.

Taro Nakajima e Hiroshi Oike de RIKEN e colegas estudaram como essa estrutura de skyrmion pode ser manipulada em siliceto de manganês.

Geralmente, estruturas skyrmion aparecem neste material apenas dentro de uma faixa estreita de temperaturas e campos magnéticos. "Isso torna as grades muito frágeis para serem reorganizadas, "disse Nakajima.

A equipe investigou uma rede skyrmion mais robusta, aplicando pulsos elétricos ao material a 12,5 kelvin (K) e um campo magnético de 0,2 tesla (T).

Os pulsos aqueciam rapidamente o material, causando a formação de skyrmions em uma janela de estabilidade entre 27 e 29 K.

A amostra resfriou rapidamente, travando os skyrmions em uma rede triangular que era estável em uma faixa muito mais ampla de temperaturas e campos magnéticos.

Os pesquisadores então resfriaram a amostra a 1,5 K e usaram espalhamento de nêutrons de pequeno ângulo (SANS) no instrumento QUOKKA para entender como a estrutura do skyrmion mudou sob diferentes campos magnéticos.

Em campos magnéticos abaixo de 0,1 T, a rede reorganizada em um padrão quadrado que era estável apenas dentro de uma faixa relativamente confinada de temperaturas e campos magnéticos muito baixos. Aumentar o campo para 0,2 T ressuscitou a rede triangular.

"No QUOKKA, foi possível medir as mudanças na estrutura do skyrmion in situ quando uma corrente elétrica foi aplicada sob diferentes campos magnéticos, "disse o cientista de instrumentos Dr. Elliot Gilbert, e coautor na publicação.

Embora o SANS não veja as propriedades semelhantes a partículas de skyrmions diretamente, os padrões podem ser interpretados para fornecer informações sobre o empacotamento das partículas.

Os pesquisadores sugerem que essas transições de rede são influenciadas por irregularidades, ou anisotropia, no magnetismo subjacente dos átomos de manganês no material.

Em campos magnéticos e temperaturas baixas, esta anisotropia permite que os skyrmions se sobreponham parcialmente, aproximando-se para adotar um arranjo de rede quadrada.

Este efeito pode ocorrer em outros materiais, de acordo com a equipe de pesquisa.

"Nossos experimentos revelaram que os skyrmions realmente têm uma natureza de partícula em cristais em massa, "diz Nakajima.

"Espera-se que isso seja aplicável a futuros dispositivos de memória magnética, nos quais cada partícula do skyrmion se comporta como um portador de informações."