Físicos em busca de uma textura de spin magnética raramente vista descobriram outro objeto que carrega suas características, escondido na estrutura de filmes magnéticos ultrafinos, que eles chamaram de cristal de rotação incomensurável.

Uma equipe da Universidade de Warwick relata as descobertas no jornal Nature Communications , que pode oferecer novas possibilidades para tecnologias como memória e armazenamento de computador.

Os pesquisadores inicialmente começaram a encontrar um skyrmion, uma textura de spin magnético giratório teorizada para existir em materiais magnéticos específicos e que são de grande interesse para os físicos devido às suas propriedades únicas e potencial para uma nova geração de armazenamento de dados com eficiência energética. Para encontrá-los, os cientistas procuram comportamento anormal do efeito Hall; isso faz com que os elétrons que se movem através de um material condutor se comportem de maneira diferente, medido como resistividade.

Para induzir esse efeito, a equipe criou amostras combinando uma película extremamente fina de um material ferroelétrico, titanato de chumbo, com outra película fina de um ferromagneto, rutanato de estrôncio. Essas camadas são atomicamente planas, apenas cinco a seis células unitárias (3 nanômetros) de espessura.

A camada ferroelétrica induz um campo elétrico que deforma a estrutura atômica do ferromagneto, quebrando sua simetria. Usando microscopia eletrônica de precisão atômica, eles mediram essa quebra de simetria, e também foram capazes de medir separadamente a resistividade elétrica do material e confirmaram a presença de características semelhantes ao efeito Hall Topológico, como seria de se esperar para um skyrmion.

Em seguida, os pesquisadores usaram microscopia de força magnética para examinar a topologia da estrutura atômica do material, que formou uma rede baseada em retângulos - não hexágonos, como eles esperariam. Dentro desta rede estão os domínios magnéticos onde os skyrmions seriam encontrados como indivíduos, partículas isoladas. Em vez de, esses domínios se formaram mais como contas em um cordão ou colar, com contas que nunca formam um círculo perfeito.

Autor principal Sam Seddon, um Ph.D. estudante do Departamento de Física da Universidade de Warwick, disse:"Depois de fazer um exame cuidadoso das imagens, você se dá conta, na realidade, isso não se apresenta como um skyrmion.

"Um skyrmion causa seu próprio efeito Hall complicado e quando efeitos de aparência semelhante são observados, ele é frequentemente tratado como uma assinatura do skyrmion. Encontramos uma estrutura de domínio muito ordenada, assim como uma estrutura de skyrmion se formaria, no entanto, eles são simplesmente quirais e não são protegidos topologicamente. O que isso mostra com evidências de imagens do espaço real é que você não precisa de um domínio topológico para causar um efeito Hall desse tipo. "

Materiais ferroelétricos e ferromagnéticos são importantes para tecnologias como memória e armazenamento de computador. Por exemplo, materiais muito semelhantes ao titanato de chumbo são frequentemente usados ​​para a memória do computador nos sistemas eletrônicos dos carros, devido à sua robustez e capacidade de operar em temperaturas extremas.

O co-autor do professor Marin Alexe, da Universidade de Warwick, disse:"Há interesse nesses tipos de interfaces entre materiais ferroelétricos e ferromagnetos, como para novos tipos de memória de computador. Como a polarização ferroelétrica pode ser trocada permanentemente, isso modifica um efeito quântico em um ferromagneto e pode nos dar uma direção para materiais para os próximos computadores quânticos. Eles precisarão de materiais estáveis ​​que funcionem em temperaturas extremas, são de baixo consumo de energia, e pode armazenar informações por um longo tempo, então todos os ingredientes estão aqui.

"A topologia é a tradução de certos conceitos matemáticos para a vida real e agora está no centro de novas descobertas da física. Na Universidade de Warwick, temos uma infraestrutura extraordinária e avançada que nos permite enfrentar um problema do ponto de vista teórico, a olhar para a estrutura atômica, até olhar para as propriedades funcionais em campos e temperaturas extremas, especialmente campos magnéticos. Podemos oferecer bases para os engenheiros desenvolverem novas tecnologias. "