O Prêmio Nobel de Física de 2016 foi concedido a três físicos teóricos por suas descobertas de transições de fase topológica e fases topológicas da matéria, que destaca o papel e a importância da topologia na compreensão do mundo físico. No campo do magnetismo, topologia também está diretamente relacionada e fundamental para a física de uma textura magnética exótica, o skyrmion magnético.

Skyrmions magnéticos são estruturas magnéticas em nanoescala com números quânticos topológicos, que existem em vários materiais e podem ser controlados por métodos como corrente elétrica e outros. Devido ao seu tamanho em nanoescala e estabilidade protegida topologicamente, skyrmions magnéticos são uma grande promessa em aplicações spintrônicas, como memória magnética e dispositivos de computação lógica. A fim de manipular skyrmions magnéticos para processamento de informações, é essencial compreender totalmente sua dinâmica.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da China e do Japão estudou os skyrmions magnéticos em ímãs frustrados e revelou a dinâmica exótica de skyrmions magnéticos frustrados, que é totalmente diferente daquele de skyrmions magnéticos em materiais ferromagnéticos comuns. Eles descobriram a transição de bloqueio-desbloqueio helicoidal de skyrmions magnéticos frustrados, incluindo interações dipolo-dipolo em seu modelo teórico, que é um termo de energia geralmente desprezível para skyrmions ferromagnéticos comuns. Nos ímãs frustrados, a interação dipolo-dipolo desempenha um papel importante no acoplamento helicoidal (modo rotacional) -órbita (modo translacional) do skyrmion, especialmente em baixa temperatura. Além disso, os pesquisadores mostram que os skyrmions atuais controlados e a dinâmica antiskyrmions com helicidade de bloqueio-desbloqueio em ímãs frustrados podem permitir novas aplicações spintrônicas, como os dispositivos de armazenamento de informações baseados em helicidade.

A descoberta é relatada esta semana no jornal Nature Communications , em um artigo da Universidade Chinesa de Hong Kong, Xichao Zhang, pesquisador de Shenzhen, e o estudante de doutorado Jing Xia, e quatro outros da Universidade de Shenzhen, China, Shinshu University, Japão, e a Universidade de Tóquio, Japão.

"Helicidade é um grau de liberdade de skyrmions magnéticos frustrados, "diz Xichao Zhang, um pesquisador da Universidade Chinesa de Hong Kong, Shenzhen, e o primeiro autor do estudo. "Em materiais ferromagnéticos convencionais, a helicidade de um skyrmion não pode ser controlada de forma eficaz, enquanto descobrimos que é possível controlar a helicidade skyrmion utilizando a transição bloqueio-desbloqueio helicoidal em materiais magnéticos frustrados. "Zhang acrescenta que o controle da helicidade pode levar a novas aplicações spintrônicas, como as memórias skyrmionic baseadas em helicidade.

"Nosso estudo também mostra as interações entre skyrmions frustrados e antiscyrmions, que são problemas de significância teórica e prática, "explica Yan Zhou, professor associado da Universidade Chinesa de Hong Kong, Shenzhen, e o autor correspondente do estudo. Zhou diz que também é possível construir dispositivos lógicos de computação baseados em skyrmions e antiscyrmions, e seu grupo está perseguindo isso atualmente.

"Podemos usar skyrmions frustrados como uma memória binária utilizando dois estados do tipo Bloch estáveis, onde a helicidade pode ser trocada pela aplicação de corrente, "diz Motohiko Ezawa, professor da Universidade de Tóquio, e o outro autor correspondente do estudo.