Em um experimento que pode ajudar no desenvolvimento de novos dispositivos spintrônicos com baixo consumo de energia, pesquisadores da RIKEN e colaboradores usaram calor e campos magnéticos para criar transformações entre texturas de spin – vórtices magnéticos e antivórtices conhecidos como skyrmions e antiskyrmions – em um único cristal fino. dispositivo de placa. É importante ressaltar que eles conseguiram isso em temperatura ambiente.



Skyrmions e antiskyrmions, que são texturas que existem dentro de materiais magnéticos especiais envolvendo o spin dos elétrons no material, são uma área ativa de pesquisa, pois poderiam ser usados ​​para dispositivos de memória de próxima geração, por exemplo, com skyrmions atuando como bit "1" e antiskyrmions um bit "0".

No passado, os cientistas conseguiram movê-los de várias maneiras e criar transformações entre eles usando corrente elétrica. No entanto, como os dispositivos eletrónicos atuais consomem energia elétrica e produzem calor residual, os investigadores do grupo, liderado por Xiuzhen Yu do Centro RIKEN para Ciência da Matéria Emergente, decidiram ver se conseguiam encontrar uma forma de criar as transformações utilizando gradientes de calor.

De acordo com Yu, "Como aproximadamente dois terços da energia produzida por usinas de energia, automóveis, incineradores e fábricas são desperdiçados como calor, pensamos que seria importante tentar criar transformações entre skyrmions e antiskyrimions - o que já foi feito anteriormente usando corrente elétrica – usando calor."

Para realizar a pesquisa, agora publicada na Nature Communications , os pesquisadores usaram um feixe de íons focados - um sistema de fabricação extremamente preciso - para criar um microdispositivo a partir do ímã de cristal único (Fe_0,63 Ni_0,3 Pd_0,07 )₃ P, composto de átomos de ferro, níquel, paládio e fósforo, e depois usou a microscopia de varredura de Lorentz – um método avançado para examinar as propriedades magnéticas de materiais em escalas muito pequenas.

O que eles descobriram é que quando um gradiente de temperatura foi aplicado ao cristal simultaneamente com um campo magnético, à temperatura ambiente, os antiskyrmions dentro dele se transformaram primeiro em bolhas não topológicas – uma espécie de estado de transição entre skyrmions e antiskyrmions – e depois em skyrmions. , à medida que o gradiente de temperatura foi aumentado. Eles então permaneceram em configuração estável como skyrmions mesmo quando o gradiente térmico foi eliminado.

Esta foi uma descoberta consistente com as expectativas teóricas, mas uma segunda descoberta surpreendeu o grupo. De acordo com Fehmi Sami Yasin, pesquisador de pós-doutorado no grupo de Yu, “Ficamos surpresos ao descobrir também que quando o campo magnético não foi aplicado, o gradiente térmico levou a uma transformação de skyrmions em antiskyrmions, que também permaneceram estáveis ​​dentro do material”.

"O que é muito interessante sobre isso", continua ele, "é que isso significa que poderíamos usar um gradiente térmico - basicamente usando calor residual - para conduzir uma transformação entre skyrmions e antiskyrmions, dependendo se um campo magnético é aplicado ou não. É particularmente significativo que tenhamos conseguido fazer isso à temperatura ambiente. Isso poderia abrir caminho para um novo tipo de dispositivos de armazenamento de informações, como dispositivos de memória não volátil que utilizam calor residual."

De acordo com Yu, "estamos muito entusiasmados com sua descoberta e planejamos continuar nosso trabalho para manipular skyrmions e antiskyrmions de maneiras novas e mais eficientes, incluindo o controle térmico do movimento antiskyrmion, com o objetivo de construir termospintrônicos reais e outros dispositivos spintrônicos. que poderiam ser usados ​​em nossa vida cotidiana. Para criar dispositivos melhores, precisamos explorar minuciosamente vários designs e geometrias de dispositivos."

Mais informações: Fehmi Sami Yasin et al, Transformações de textura de spin topológico acionadas por corrente de calor e comutação de vetor q helicoidal, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42846-7
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido por RIKEN