'Defeitos topológicos' são formados quando a simetria de um material magnético é interrompida. As paredes de domínio (DWs) são um tipo de defeito topológico que separa regiões de diferentes orientações magnéticas. Um fenômeno amplamente estudado, a manipulação desses defeitos tem aplicações potenciais em dispositivos de armazenamento de memória de alto desempenho, dispositivos de processamento de energia, e computação quântica.

Recentemente, a possibilidade de outros defeitos topológicos embutidos ou combinados com DWs tem ganhado atenção por suas aplicações potenciais em diferentes campos da física. Alguns exemplos desses 'defeitos dentro de defeitos' são skyrmions DW e bímeros DW. Embora os modelos teóricos tenham apoiado a existência desses defeitos, eles não foram previamente observados experimentalmente.

Em um novo estudo publicado em Nature Communications , Professor Associado Masahiro Nagao, da Universidade de Nagoya, Japão, e seus colegas usaram a microscopia eletrônica de transmissão de Lorentz (LTEM) para visualizar esses defeitos. Eles conseguiram fazer isso passando elétrons e observando suas deflexões através de um fino filme magnético. Os defeitos topológicos foram observados como pares contrastantes de áreas claras e escuras. Usando esta técnica, a equipe fotografou defeitos topológicos em um filme fino magnético quiral feito de cobalto, zinco, e manganês.

Inicialmente, os pesquisadores observaram um único defeito DW quando o filme não estava magnetizado. Ao magnetizar o filme, passando um campo magnético perpendicular a ele, eles puderam observar o desenvolvimento de dois tipos de DWs. Os DWs convencionais eram vistos como linhas pretas, enquanto cadeias de bímeros DW foram vistas como pontos elípticos brilhantes nas imagens LTEM. Esses dois tipos de DWs apareceram alternadamente e em pares. Os pesquisadores notaram que esses DWs aumentavam conforme a força do campo magnético aumentava e finalmente desapareciam depois que um certo limite era atingido. Para confirmar sua descoberta, os pesquisadores usaram a equação de transporte de intensidade para obter as distribuições magnéticas que revelaram magnetizações opostas em ambos os lados da cadeia de DWs, confirmando que eles são bímeros DW.

Os pesquisadores propuseram uma explicação para esses defeitos e seu mecanismo de formação. Nagao diz, "Em nossos filmes finos de ímã quiral, mostramos bímeros acorrentados e isolados desempenhando o papel de e ligados a DWs, respectivamente, que são realizados não apenas pelo componente de anisotropia magnética no plano, mas também pela combinação da interação Dzyaloshinskii-Moriya, anisotropia magnética fora do plano, interação dipolar, e efeito Zeeman. "

As descobertas da equipe lançam luz sobre os defeitos topológicos em ímãs quirais e têm implicações nos campos da física relacionados à topologia, variando de escalas de comprimento cosmológicas à matéria condensada.