Usando sensores quânticos em nanoescala, uma equipe de pesquisa internacional conseguiu explorar certas propriedades físicas anteriormente desconhecidas de um material antiferromagnético. Com base em seus resultados, os pesquisadores desenvolveram um conceito para um novo meio de armazenamento publicado na revista Física da Natureza . O projeto foi coordenado por pesquisadores do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel.

Os antiferromagnetos constituem 90% de todos os materiais ordenados magneticamente. Ao contrário dos ferromagnetos, como o ferro, em que os momentos magnéticos dos átomos são orientados paralelamente uns aos outros, a orientação dos momentos magnéticos em antiferromagnetos alterna entre átomos vizinhos. Como resultado do cancelamento dos momentos magnéticos alternados, materiais antiferromagnéticos parecem não magnéticos e não geram um campo magnético externo.

Os antiferromagnetos são uma grande promessa para aplicações interessantes no processamento de dados, já que a orientação de seu momento magnético - em contraste com os ferromagnetos usados ​​em mídia de armazenamento convencional - não pode ser substituída acidentalmente por campos magnéticos. Nos últimos anos, este potencial deu origem ao campo de pesquisa em desenvolvimento da spintrônica antiferromagnética, que é o foco de vários grupos de pesquisa em todo o mundo.

Sensores quânticos fornecem novos insights

Em colaboração com os grupos de pesquisa do Dr. Denys Makarov (Helmholtz-Zentrum em Dresden, Alemanha) e Professor Denis D. Sheka (Taras Sevchenko National University of Kyiv, Ucrânia), a equipe liderada pelo professor Patrick Maletinsky em Basel examinou um único cristal de óxido de cromo (III) (Cr2O3). Este único cristal é um sistema quase perfeitamente ordenado, em que os átomos estão dispostos em uma estrutura de cristal regular com muito poucos defeitos. "Podemos alterar o cristal único de forma a criar duas áreas (domínios) em que a ordem antiferromagnética tem orientações diferentes, "explica Natascha Hedrich, autor principal do estudo.

Esses dois domínios são separados por uma parede de domínio. A data, exames experimentais de paredes de domínio desse tipo em antiferromagnetas tiveram sucesso apenas em casos isolados e com detalhes limitados. "Graças à alta sensibilidade e excelente resolução de nossos sensores quânticos, fomos capazes de demonstrar experimentalmente que a parede do domínio exibe um comportamento semelhante ao de uma bolha de sabão, "Maletinsky explica. Como uma bolha de sabão, a parede de domínio é elástica e tende a minimizar sua energia superficial. De acordo, sua trajetória reflete as propriedades do material antiferromagnético do cristal e pode ser prevista com um alto grau de precisão, conforme confirmado por simulações realizadas pelos pesquisadores em Dresden.

A arquitetura da superfície determina a trajetória

Os pesquisadores exploram esse fato para manipular a trajetória da parede do domínio em um processo que contém a chave para o novo meio de armazenamento proposto. Para este fim, A equipe de Maletinsky estrutura seletivamente a superfície do cristal em nanoescala, deixando para trás pequenos quadrados em relevo. Esses quadrados então alteram a trajetória da parede de domínio no cristal de uma maneira controlada.

Os pesquisadores podem usar a orientação dos quadrados elevados para direcionar a parede do domínio para um ou outro lado do quadrado. Este é o princípio fundamental por trás do novo conceito de armazenamento de dados:se a parede do domínio corre para a "direita" de um quadrado elevado, isso pode representar um valor de 1, embora tendo a parede de domínio à "esquerda" poderia representar um valor de 0. Através do aquecimento localizado com um laser, a trajetória da parede do domínio pode ser alterada repetidamente, tornando o meio de armazenamento reutilizável.

"Próximo, planejamos verificar se as paredes do domínio também podem ser movidas por meio de campos elétricos, "Maletinsky explica." Isso tornaria os antiferromagnetos adequados como um meio de armazenamento mais rápido do que os sistemas ferromagnéticos convencionais, enquanto consome substancialmente menos energia. "