Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu pares de vórtice-antivórtex magnético surgindo de spins de elétrons correlacionados em um material de três camadas recentemente projetado. A descoberta pode avançar células de memória e aponta para o desenvolvimento potencial de circuitos lógicos magnéticos 3-D.

Os pesquisadores do Centro de Pesquisa em Nanomateriais e Nanotecnologia da Universidade de Oviedo, na Espanha, e a Universidade do Porto em Portugal, relataram suas descobertas esta semana em Cartas de Física Aplicada . A colaboração também incluiu um grupo de pesquisa em Alba Synchrotron na Catalunha, Espanha.

O trabalho da equipe faz parte de um campo de pesquisa relativamente novo chamado spintrônica topológica. Spintrônica explora os spins intrínsecos dos elétrons e suas propriedades magnéticas resultantes no material, bem como a carga elétrica dos elétrons, para armazenar e processar informações.

A spintrônica topológica usa "defeitos" geométricos rotativos na topologia geral de transporte de carga de um material para controlar o comportamento magnético. Defeitos físicos microscópicos, como alongamento, dobrando e torcendo, podem ser fenômenos impulsionadores que os pesquisadores procuram usar.

Os defeitos que a equipe estuda em suas camadas triplas são bifurcações, que são criados no meio do padrão de domínio distribuído. Pense em uma estrada bifurcada dentro de uma linha de estradas retas. Essas bifurcações fazem com que pares vórtice-antivórtex se movam juntos ao longo das "estradas magnéticas" em uma orientação ou na direção oposta, dependendo de suas polaridades. A parte inferior do garfo confina e orienta a propagação dos vórtices.

O efeito foi observado em tricamadas magnéticas em que uma camada magnética dura, difícil de desmagnetizar, foi imprensado entre duas camadas magnéticas mais suaves, com uma espessura total de 160 nanômetros.

"O movimento vórtice-antivórtex requer a interação entre as camadas magnéticas rígidas e moles, bem como os campos dispersos de toda a camada magnética, "disse Maria Vélez, co-autor do artigo e professor associado de física da matéria condensada na Universidade de Oviedo.

A pesquisa de sua equipe abre novas possibilidades no campo nascente da nanomagnética 3-D, que evoluiu por meio de descobertas recentes de novos efeitos magnéticos no nível atômico, além de avanços nos métodos de caracterização, como na técnica de microscopia magnética de raios X utilizada pelo grupo.

Os pesquisadores descobriram que os pares de vórtice-antivórtex nas camadas magnéticas macias exibiram um movimento correlacionado que se estende por vários micrômetros ao longo das faixas magnéticas durante a reversão da magnetização. Esses efeitos de longa distância de viagem podem aumentar a eficiência no controle de memória magnética e dispositivos lógicos. Os resultados são baseados em microscopia de raios-X e cálculos micromagnéticos.

"A propagação de vórtice-antivórtex é guiada pelo padrão de domínio de banda magnética do material, não por uma geometria de fio definida por litografia. Isso implica que a direção do movimento pode ser alterada a qualquer momento por uma sequência adequada de campos magnéticos aplicados. Esta é uma vantagem clara sobre geometrias fixas, como as linhas de transporte de corrente definidas litograficamente em dispositivos eletrônicos convencionais, "Vélez disse. É como se os caminhos condutores para o movimento do vórtice nas tricamadas magnéticas pudessem ser religados dinamicamente.

"Além disso, o uso de um potencial magnético para confinar o movimento vórtice-antivórtex é crucial para obter longas distâncias de propagação de vários mícrons, evitando a aniquilação nas bordas dos fios, "Vélez também disse.

A propagação é confinada na parte superior ou inferior das superfícies do filme, dependendo das características topológicas do deslocamento do padrão de faixa. Este efeito pode permitir o acoplamento de circuitos magnéticos através da espessura da amostra em dispositivos multinível com um maior grau de integração espacial do que nos atuais circuitos magnéticos 2-D.