Numa colaboração entre físicos experimentais e físicos teóricos no âmbito do projeto de excelência Dinâmica e Topologia (TopDyn), um sistema de muitos pequenos redemoinhos magnéticos poderia ser projetado para formar um estado regularmente ordenado. Essa transição de uma fase desordenada para uma fase ordenada é análoga à cristalização bem conhecida, que, Contudo, ocorre aqui em duas dimensões. Para o trabalho de pesquisa na Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), físicos experimentais em torno do professor Mathias Kläui cooperaram com um grupo de físicos teóricos em torno do Dr. Peter Virnau. Os resultados foram publicados recentemente na revista. Materiais Funcionais Avançados . O centro de pesquisa TopDyn é financiado pelo estado federal alemão da Renânia-Palatinado.

Os sistemas bidimensionais são uma área de pesquisa atual em física teórica e experimental. Esses sistemas podem atingir vários estados exóticos e exibir transições que não existem em três dimensões. Um exemplo é a transição Kosterlitz-Thouless, para a qual foi concedido o Prêmio Nobel de Física em 2016. Outro exemplo é a chamada fase hexática, que ocorre em sistemas de discos rígidos bidimensionais entre a fase líquida desordenada e a fase sólida fortemente ordenada.

Sistema de modelo bidimensional gerado a partir de skyrmions

No trabalho agora apresentado, redemoinhos magnéticos, os chamados skyrmions, foram realizados em filmes multicamadas de metal ultrafino. O número de skyrmions e seu tamanho podem ser ajustados por campos magnéticos aplicados. Estas são as condições ideais para a realização experimental de sistemas de modelos bidimensionais densos. Em particular, os pesquisadores conseguiram gerar um sistema experimental que exibe a assinatura de uma fase hexática emergente. Isso demonstra que o sistema realmente se comporta como um sistema bidimensional e pode ser descrito por discos rígidos. Além disso, os resultados permitiram a determinação da interação repulsiva entre skyrmions, que pode ser modelado por simulações de computador.

"Estou muito feliz que o trabalho conjunto entre o grupo de Teoria da Matéria Suave do Dr. Peter Virnau e nosso grupo experimental tenha levado a este trabalho empolgante. Essas novas colaborações são exatamente o objetivo do centro de pesquisa TopDyn, "disse o professor Mathias Kläui, Porta-voz do TopDyn.

Uma vez que as propriedades dos skyrmions podem ser ajustadas por campos magnéticos externos, este é um primeiro passo importante para a preparação e análise sob medida da dinâmica das fases bidimensionais e transições de fase. Perspectivas de outras possibilidades de efeitos a serem estudados em tais sistemas podem ser encontradas em um Artigo de Notícias e Opiniões publicado recentemente em Nature Nanotechnology .

O centro de pesquisa Dynamics and Topology foi fundado em 2019 como um centro colaborativo da Johannes Gutenberg University Mainz, TU Kaiserslautern, e o Instituto Max Planck para Pesquisa de Polímeros em Mainz. É financiado pelo estado da Renânia-Palatinado e segue uma abordagem altamente interdisciplinar.