Fig. 1:Ilustração de um skyrmion magnético com um diâmetro de apenas alguns nanômetros em um filme de cobalto atomicamente fino. Os pequenos cones coloridos representam os "ímãs atômicos" de cada átomo de cobalto. Crédito:S. Meyer, Uni Kiel
Desde sua descoberta experimental, skyrmions magnéticos - pequenos nós magnéticos - passaram a ser o foco da pesquisa. Cientistas de Hamburgo e Kiel agora conseguiram mostrar que skyrmions magnéticos individuais com um diâmetro de apenas alguns nanômetros podem ser estabilizados em filmes de metal magnético, mesmo sem um campo magnético externo. Eles relatam sua descoberta no jornal Nature Communications .
A existência de skyrmions magnéticos como objetos parecidos com partículas foi prevista há 30 anos por físicos teóricos, mas só pôde ser provado experimentalmente em 2013. Skyrmions com um diâmetro de micrômetros a alguns nanômetros foram descobertos em diferentes sistemas de material magnético. Embora possam ser gerados em uma superfície de alguns átomos e manipulados com correntes elétricas, eles mostram uma alta estabilidade contra influências externas. Isso os torna candidatos potenciais para armazenamento de dados futuros ou dispositivos lógicos. Para ser competitivo em aplicações tecnológicas, Contudo, skyrmions não devem ser apenas muito pequenos, mas também estável sem um campo magnético aplicado.
Pesquisadores das universidades de Hamburgo e Kiel já deram um passo importante nessa direção. Com base em cálculos numéricos de mecânica quântica realizados nos supercomputadores da Aliança de Supercomputação do Norte da Alemanha (HLRN), os físicos de Kiel foram capazes de prever que skyrmions individuais com um diâmetro de apenas alguns nanômetros apareceriam em um atomicamente fino, filme ferromagnético de cobalto (ver Fig. 1). "A estabilidade dos nós magnéticos nesses filmes é devido a uma competição incomum entre diferentes interações magnéticas, "diz Sebastian Meyer, Ph.D. estudante do grupo de pesquisa do Prof. Stefan Heinze na Universidade de Kiel.
Fig. 2:Medição de microscopia de varredura por tunelamento da superfície da amostra, um skyrmion magnético pode ser reconhecido aqui como um anel dourado. Crédito:A. Kubetzka, Universität Hamburgo
Esta previsão foi posteriormente confirmada por pesquisadores de Hamburgo em torno da Dra. Kirsten von Bergmann usando microscopia de tunelamento de varredura de alta resolução. As medições de baixa temperatura por Marco Perini, Ph.D. aluno do grupo de pesquisa do Prof. Dr. Roland Wiesendanger, mostram skyrmions magnéticos nos filmes de cobalto preparados sem um campo magnético externo que deve ser aplicado (ver Fig. 2). "Até aqui, skyrmions individuais quase sempre foram gerados por campos magnéticos. Em nossos filmes de metal, os skyrmions ocorrem espontaneamente, "explica Kirsten von Bergmann." Para futuras aplicações em eletrônica de spin, os skyrmions não devem apenas ser estáveis em temperaturas extremamente baixas, como nos filmes de metal investigados, mas também à temperatura ambiente. Para realizar esta próxima etapa em direção à aplicação, a competição entre as diferentes interações magnéticas encontradas aqui pode dar uma contribuição importante. "
