Nanorredes tridimensionais (3D) prometem uma nova era na física moderna de estado sólido com inúmeras aplicações em fotônica, biomedicina, e spintrônica. A realização de nanoarquiteturas magnéticas 3D pode permitir dispositivos de armazenamento de dados ultrarrápidos e de baixo consumo de energia. Devido às interações magnéticas concorrentes nesses sistemas, cargas magnéticas ou monopólos magnéticos podem surgir, que pode ser utilizado como dispositivo móvel, portadores de informações binárias. Pesquisadores da Universidade de Viena projetaram a primeira rede de gelo artificial em 3D que hospeda cargas magnéticas não ligadas. Os resultados publicados na revista npj materiais computacionais apresentar uma primeira demonstração teórica de que, na nova rede, os monopólos magnéticos são estáveis ​​à temperatura ambiente e podem ser comandados sob demanda por campos magnéticos externos.

Monopólos magnéticos emergentes são observados em uma classe de materiais magnéticos chamados gelos de spin. Contudo, as escalas atômicas e as baixas temperaturas exigidas para sua estabilidade limitam sua controlabilidade. Isso levou ao desenvolvimento de gelo giratório artificial 2D, onde os momentos atômicos individuais são substituídos por nano-ilhas magnéticas dispostas em redes diferentes. O aumento da escala permitiu o estudo de monopólos magnéticos emergentes em plataformas mais acessíveis. Reverter a orientação magnética de nano-ilhas específicas propaga os monopólos um vértice adiante, deixando um rastro para trás. Este traço, conhecido como Dirac Strings, necessariamente armazena energia e liga os monopólos, limitando sua mobilidade.

Pesquisadores em torno de Sabri Koraltan e Florian Slanovc, e liderado por Dieter Suess na Universidade de Viena, agora projetaram uma primeira estrutura de gelo de spin artificial 3D que combina as vantagens dos gelos de spin artificiais atômicos e 2D.

Em uma cooperação com o grupo Nanomagnetism and Magnonics da Universidade de Viena, e Divisão Teórica do Laboratório Los Alamos, EUA, os benefícios da nova rede são estudados empregando simulações micromagnéticas. Aqui, nano-ilhas planas 2D são substituídas por elipsóides rotacionais magnéticos, e uma rede tridimensional de alta simetria é usada. "Devido à degeneração do estado fundamental, a tensão das cordas de Dirac desaparece desatando os monopólos magnéticos, "comenta Sabri Koraltan, um dos primeiros autores do estudo. Os pesquisadores levaram o estudo adiante para a próxima etapa, onde em suas simulações um monopolo magnético foi propagado através da rede aplicando campos magnéticos externos, demonstrando sua aplicação como portadores de informação em uma nanorrede magnética 3D.

Sabri Koraltan acrescenta "Fazemos uso da terceira dimensão e da alta simetria na nova rede para desvincular os monopólos magnéticos, e mova-os nas direções desejadas, quase como elétrons verdadeiros. "O outro primeiro autor Florian Slanovc conclui:"A estabilidade térmica dos monopólos em torno da temperatura ambiente e acima pode estabelecer a base para uma nova geração inovadora de tecnologias de armazenamento 3D."

O estudo foi publicado em npj materiais computacionais .