Primeira evidência experimental de lúpulos em cristais:a pesquisa abre uma nova dimensão para a tecnologia futura
A figura ilustra as direções dos spins magnéticos em um anel hopfion. Crédito:Philipp Rybakov, Universidade de Uppsala. Hopfions, estruturas de spin magnético previstas há décadas, tornaram-se um tópico de pesquisa quente e desafiador nos últimos anos. Em um estudo publicado na Nature , a primeira evidência experimental é apresentada por uma colaboração de pesquisa sueco-alemã-chinesa.
“Nossos resultados são importantes tanto do ponto de vista fundamental quanto do aplicado, pois surgiu uma nova ponte entre a física experimental e a teoria matemática abstrata, potencialmente levando os lúpulos a encontrar uma aplicação na spintrônica”, diz Philipp Rybakov, pesquisador do Departamento de Física. e Astronomia na Universidade de Uppsala, Suécia.
Uma compreensão mais profunda de como funcionam os diferentes componentes dos materiais é importante para o desenvolvimento de materiais inovadores e tecnologias futuras. O campo de pesquisa da spintrônica, por exemplo, que estuda o spin dos elétrons, abriu possibilidades promissoras para combinar a eletricidade e o magnetismo dos elétrons para aplicações como a nova eletrônica.
Skyrmions e hopfions magnéticos são estruturas topológicas - configurações de campo bem localizadas que têm sido um tema de pesquisa importante na última década devido às suas propriedades únicas semelhantes a partículas, que os tornam objetos promissores para aplicações spintrônicas.
Skyrmions são bidimensionais, assemelhando-se a cordas semelhantes a vórtices, enquanto hopfions são estruturas tridimensionais dentro de um volume de amostra magnética que se assemelha a cordas skyrmion fechadas e torcidas na forma de um anel em forma de rosquinha, no caso mais simples.
Apesar da extensa pesquisa nos últimos anos, a observação direta de lúpulos magnéticos só foi relatada em material sintético. Este trabalho atual é a primeira evidência experimental de tais estados estabilizados em um cristal de placas FeGe tipo B20 usando microscopia eletrônica de transmissão e holografia.
Os resultados são altamente reprodutíveis e estão totalmente de acordo com simulações micromagnéticas. Os pesquisadores fornecem uma classificação unificada de homotopia skyrmion-hopfion e oferecem informações sobre a diversidade de sólitons topológicos em ímãs quirais tridimensionais. As imagens experimentais (instantâneos mostrando imagem de microscopia eletrônica de transmissão Lorentz superfocada de um anel hopfion em uma placa FeGe de 180 nm de espessura em dois valores diferentes do campo magnético aplicado). Crédito:Fengshan Zheng/Forschungszentrum Jülich As descobertas abrem novos campos na física experimental:identificação de outros cristais nos quais os lúpulos são estáveis, estudo de como os lúpulos interagem com correntes elétricas e de spin, dinâmica dos lúpulos e muito mais.
"Como o objeto é novo e muitas de suas propriedades interessantes ainda precisam ser descobertas, é difícil fazer previsões sobre aplicações spintrônicas específicas. No entanto, podemos especular que os lúpulos podem ser de maior interesse ao atualizar para a terceira dimensão de quase qualquer tecnologia sendo desenvolvido com skyrmions magnéticos:memória de pista, computação neuromórfica e qubits", explica Rybakov.
"Comparados aos skyrmions, os hopfions têm um grau adicional de liberdade devido à tridimensionalidade e, portanto, podem se mover em três, em vez de duas dimensões."
Mais informações: Nikolai Kiselev, anéis de Hopfion em um ímã quiral cúbico, Natureza (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06658-5. www.nature.com/articles/s41586-023-06658-5 Informações do diário: Natureza
