Skyrmions magnéticos são entidades minúsculas, manifestando-se em materiais magnéticos que consistem em torções localizadas na direção de magnetização do meio. Cada skyrmion é altamente estável porque para eliminá-lo, é necessário destorcer a direção de magnetização do material, assim como um nó em uma corda só pode ser desamarrado puxando o resto da corda para fora do nó. Skyrmions magnéticos são candidatos promissores para dispositivos de armazenamento magnético de próxima geração devido à sua estabilidade e tamanho minúsculo - com larguras de 50 nanômetros ou menos, eles ocupam apenas uma fração da área dos bits magnéticos nos discos rígidos atuais. Por esta razão, pesquisadores têm pesquisado intensamente materiais que possam conter skyrmions magnéticos, e estudar suas propriedades elétricas e magnéticas.

Recentemente, um avanço importante na compreensão do comportamento dos skyrmions magnéticos foi anunciado por uma equipe de cientistas em Cingapura e Israel. Eles mostraram, pela primeira vez, que a presença de skyrmions magnéticos está inequivocamente ligada a um fenômeno conhecido como efeito Hall topológico, que descreve como as correntes elétricas são desviadas por um campo magnético emergente de um skyrmion. O trabalho foi publicado em março de 2019 na revista Nature Communications .

A equipe estudou um nanomaterial sintético otimizado para hospedar skyrmions magnéticos, composto de camadas consecutivas de irídio, ferro, cobalto, e platina, cada um tendo espessura de um nanômetro ou menos. Em 2017, o mesmo nanomaterial forneceu as primeiras evidências para o efeito Hall topológico à temperatura ambiente, observado pelo grupo de pesquisa de Christos Panagopoulos na Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura), que também liderou o presente trabalho. O professor Panagopoulos e seus colegas de trabalho mostraram que a resistividade Hall do nanomaterial - a relação entre a tensão transversal e a corrente elétrica na presença de um campo magnético - continha anomalias que eram difíceis de explicar, exceto pelo efeito de skyrmions magnéticos.

"O interessante sobre a forma como os skyrmions influenciam a resistividade de Hall é que isso depende de como a magnetização gira em torno de cada skyrmion, "explica Panagopoulos." Matematicamente, tais torções são chamadas de recursos "topológicos", é por isso que o fenômeno físico é referido como o 'efeito Hall topológico'. "

Contudo, alguns aspectos dos experimentos de 2017 permaneceram difíceis de explicar. Os dados pareciam indicar que as anomalias na resistividade de Hall eram 100 vezes maiores do que as previsões teóricas com base no efeito de Hall topológico. Para estabelecer uma conexão definitiva, as medições elétricas precisavam ser cuidadosamente combinadas com observações diretas de skyrmions magnéticos. Para conseguir isso, o grupo Panagopoulos colaborou com o laboratório de Ophir Auslaender em Technion, o Instituto de Tecnologia de Israel. Usando um microscópio de força magnética de baixa temperatura de última geração, o grupo Auslaender obteve imagens altamente precisas dos skyrmions no nanomaterial. Notavelmente, eles descobriram que certos padrões de magnetização "semelhantes a vermes" eram formados por múltiplos skyrmions unidos.

Ao combinar medições elétricas de Hall e imagens magnéticas, a colaboração conseguiu estreitar significativamente a discrepância entre teoria e experimento. "A primeira coisa que percebemos foi que o número de skyrmions magnéticos foi subestimado por um fator de dez, "diz M. Raju, pesquisador da NTU, um dos principais autores do estudo. "Indo mais fundo, fomos capazes de mostrar que o número de skyrmions magnéticos é diretamente proporcional à resistividade de Hall topológica. Isso fornece evidências conclusivas de que os skyrmions são responsáveis, não algum outro fenômeno inexplicável. "

Apesar deste avanço, O professor Panagopoulos observa que a resistividade topológica de Hall permanece mais alta do que a teoria prevê, e sugere que a discrepância remanescente pode ser uma questão de limitações teóricas. "O conceito de efeito Hall topológico é baseado em suposições, como adiabatismo, que são teoricamente convenientes, mas podem não ser precisos para materiais reais, "ele observa." Com a ajuda desses métodos experimentais aprimorados, estamos construindo uma compreensão mais sofisticada de como as cargas elétricas interagem com o spin magnético nesses materiais importantes e tecnologicamente promissores. "