(Phys.org) —No final de 1800, quando os cientistas ainda estavam tentando descobrir o que exatamente são os átomos, uma das principais teorias, proposto por Lord Kelvin, foi que os átomos são nós de vórtices rodopiantes no éter. Embora essa ideia tenha se revelado completamente errada, deu início à moderna teoria do nó, que hoje é usado em várias áreas da ciência, como dinâmica de fluidos, a estrutura do DNA, e o conceito de quiralidade.

Agora em um novo artigo publicado em Cartas de revisão física , o físico matemático Paul Sutcliffe, da Durham University, no Reino Unido, teoricamente mostrou que as nanopartículas chamadas de skyrmions magnéticos podem ser amarradas em vários tipos de nós com diferentes propriedades magnéticas. Ele explica isso, num sentido, esses nanoknots representam uma "ressurreição em nanoescala do sonho de Kelvin de campos atados."

Skyrmions são o nome de uma classe geral de partículas que são formadas pela torção de um campo. Quando este campo é um campo magnético, os skyrmions são chamados de skyrmions magnéticos. Skyrmions magnéticos têm atraído muita atenção recentemente devido às suas aplicações potenciais em spintrônica, onde os spins do elétron (que estão relacionados às propriedades magnéticas do elétron) são explorados no projeto de transistores, mídia de armazenamento, e dispositivos relacionados.

Skyrmions magnéticos foram observados experimentalmente pela primeira vez há alguns anos, em fatias finas de materiais magnéticos - materiais basicamente bidimensionais. Ao mostrar que skyrmions magnéticos podem teoricamente ser amarrados em nós, os novos resultados movem essas partículas do mundo bidimensional para o tridimensional.

"O ponto mais significativo é que esses nanoknots são estáveis, porque geralmente os campos evitam ser amarrados ao se desatarem, "Sutcliffe disse Phys.org .

Sutcliffe mostrou que os nós do skyrmion podem ser caracterizados pela carga de Hopf, que indica o número de vezes que as linhas magnéticas curvas de um skyrmion estão vinculadas umas às outras. Ele mostrou que skyrmions com baixas cargas de Hopf tendem a formar anéis, enquanto aqueles com cargas Hopf mais altas formam elos e nós.

A investigação de Sutcliffe se concentra em skyrmions magnéticos em um tipo particular de ímã chamado ímãs frustrados, que oferecem aos skyrmions um grau de liberdade rotacional adicional em comparação com outros materiais magnéticos. Essa flexibilidade dá aos skyrmions o espaço extra necessário para serem amarrados em nós.

Na época em que Sutcliffe estava escrevendo seu artigo, ninguém jamais havia observado skyrmions em ímãs frustrados. Mas, como prova do ritmo acelerado da pesquisa nesta área, poucos dias após esta publicação, pesquisadores da China relataram as primeiras observações experimentais de skyrmions em um ímã frustrado (arXiv:1706.05177 [cond-mat.mtrl-sci]).

Este resultado marca um passo importante para a realização de skyrmions magnéticos com nós, e o próximo desafio será encontrar uma maneira de transformar os skyrmions em nós. Trabalhos recentes em skyrmions sugeriram que essas partículas podem ser controladas usando feixes de vórtice ópticos, matrizes de nanobastões ferromagnéticos, e outros métodos. Os pesquisadores também estão desenvolvendo técnicas de imagem para skyrmions, o que será fundamental para a identificação desses nanoknots. Com novos resultados sobre skyrmions sendo relatados quase diariamente, Sutcliffe está otimista sobre as perspectivas de criação de nós de skyrmion.

“Meus planos de pesquisas futuras nesta área estão preocupados em estudar a formação desses nanoknots, para ajudar a desenvolver métodos e sugerir condições favoráveis ​​para experimentalistas criar e observar essas estruturas, "Sutcliffe disse.

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