As texturas de spin radialmente alinhadas em uma amostra redonda e quadrada consistindo de um material ferromagnético em uma ilha supercondutora YBCO. A seta branca mostra o feixe de raios X incidente. Crédito:HZB Em alguns materiais, os spins formam estruturas magnéticas complexas na escala nanométrica e micrométrica, nas quais a direção da magnetização torce e enrola ao longo de direções específicas. Exemplos de tais estruturas são bolhas magnéticas, skyrmions e vórtices magnéticos.
A Spintronics pretende fazer uso dessas minúsculas estruturas magnéticas para armazenar dados ou realizar operações lógicas com consumo de energia muito baixo em comparação com os componentes microeletrônicos dominantes atualmente. No entanto, a geração e estabilização da maioria destas texturas magnéticas está restrita a alguns materiais e é alcançável sob condições muito específicas (temperatura, campo magnético, etc.).
Uma colaboração internacional liderada pelo físico do HZB, Dr. Sergio Valencia, investigou agora uma nova abordagem que pode ser usada para criar e estabilizar texturas de spin complexas, como vórtices radiais, em uma variedade de compostos. Em um vórtice radial, a magnetização aponta para ou para longe do centro da estrutura. Este tipo de configuração magnética é geralmente altamente instável.
Dentro desta nova abordagem, vórtices radiais são criados com a ajuda de estruturas supercondutoras, enquanto a presença de defeitos superficiais consegue sua estabilização.
Ilhas YBCO supercondutoras
As amostras consistem em ilhas do tamanho de um micrômetro feitas do supercondutor de alta temperatura YBCO nas quais um composto ferromagnético é depositado. Ao resfriar a amostra abaixo de 92 Kelvin (-181 °C), o YBCO entra no estado supercondutor.
Neste estado, um campo magnético externo é aplicado e imediatamente removido. Este processo permite a penetração e fixação de quanta de fluxo magnético, que por sua vez cria um campo magnético disperso.
É este campo disperso que produz novas microestruturas magnéticas na camada ferromagnética sobrejacente:os spins emanam radialmente do centro da estrutura, como num vórtice radial.
O papel dos defeitos
À medida que a temperatura aumenta, o YBCO transita do estado supercondutor para um estado normal. Assim, o campo disperso criado pelas ilhas YBCO desaparece, e o mesmo deve acontecer com o vórtice radial magnético. Porém, pesquisadores e colaboradores do HZB observaram que a presença de defeitos superficiais impede que isso aconteça:os vórtices radiais retêm parcialmente o estado impresso, mesmo quando se aproximam da temperatura ambiente.
"Usamos o campo magnético gerado pelas estruturas supercondutoras para imprimir certos domínios magnéticos nos ferromagnetos colocados sobre eles e nos defeitos superficiais para estabilizá-los. As estruturas magnéticas são semelhantes às de um skyrmion e são interessantes para aplicações spintrônicas, "explica Valencia .
A geometria é importante
Vórtices impressos menores tinham cerca de 2 micrômetros de diâmetro, cerca de 10 vezes o tamanho dos skyrmions típicos. A equipe estudou amostras com geometrias circulares e quadradas e descobriu que as geometrias circulares aumentavam a estabilidade dos vórtices radiais magnéticos impressos.
"Esta é uma nova forma de criar e estabilizar tais estruturas e pode ser aplicada em uma variedade de materiais ferromagnéticos. Estas são boas novas perspectivas para o desenvolvimento da spintrônica supercondutora", diz Valencia.
O estudo foi publicado na revista ACS Applied Materials &Interfaces .
