É um fenômeno familiar:se um pião for batido ou colocado em rotação em uma superfície inclinada, geralmente não se move em linha reta, mas, em vez disso, escreve uma série de pequenos arcos. Pesquisadores da Technische Universität Berlin e da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), juntamente com equipes de pesquisa da Holanda e da Suíça, conseguiram capturar e registrar esse padrão de movimento em um sistema de filme fino magnético - na forma de pequenos nanovórtices magnéticos. Ao fazer isso, os pesquisadores fizeram uma nova descoberta:os nanovórtices possuem massa. O artigo será publicado na conceituada revista científica Física da Natureza .

"Com a ajuda de campos magnéticos, podemos criar seletivamente os nanovórtices magnéticos, em seguida, dê-lhes um empurrão para que sejam desviados para fora de sua posição de equilíbrio ", explica o Dr. Felix Büttner, que realizou esta pesquisa como seu doutorado. projeto. "Conseguimos rastrear com muita precisão como esses skyrmions, como esses nanovórtices especiais são chamados, voltar para a posição de descanso ", Büttner explica melhor. Os vórtices são formados em um sistema magnético de multicamadas de filme fino, onde camadas alternadas compostas de uma liga de cobalto-boro e platina são empilhadas umas sobre as outras. Cada camada individual tem menos de um nanômetro de espessura. Este arranjo permite que os pesquisadores ajustem muito especificamente as propriedades magnéticas do sistema, permitindo que os skyrmions existam. O diâmetro desses vórtices magnéticos não é superior a 100 nanômetros. Isso é cerca de 1/1000 do diâmetro de um cabelo humano.

Técnicas especiais permitiram aos pesquisadores rastrear os movimentos dos skyrmions com uma precisão melhor do que alguns nanômetros em intervalos de tempo individuais separados por menos de um nanossegundo. Isso foi facilitado por técnicas de gravação holográfica usando intensos pulsos de raios-X da fonte síncrotron BESSY II em Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Essas técnicas de gravação holográfica foram desenvolvidas e aprimoradas pelo grupo de pesquisa "Óptica de Nanômetro e Espalhamento de Raios-X" da TU Berlin em conjunto com o HZB ao longo de vários anos, um esforço conjunto dirigido pelo Prof. Stefan Eisebitt da TU Berlin.

O que Büttner e seus colegas observaram nos hologramas de raios-X foi notável:"Semelhante a bater em um pião, o nanovórtex não se move em linha reta, mas em vez disso, ao longo de uma trajetória em espiral ", explica Büttner. "Ao comparar nossas medidas com cálculos de modelo, fomos capazes de determinar que esse movimento em forma de espiral só pode ser explicado se o skyrmion tiver massa. "

Esta é uma descoberta importante, uma vez que os nanovórtices observados aqui representam apenas um tipo especial de skyrmions encontrados na natureza. "No passado, skyrmions eram frequentemente descritos como sem massa ", explica Christoforos Moutafis do Instituto Paul Scherrer, que há muito está envolvido com a descrição teórica desses tipos de estruturas. Agora, a aplicação do conceito de massa a tais partículas, conforme estabelecido por este trabalho, também contribuirá para a compreensão de outros tipos de skyrmions, como apontam os pesquisadores em renomada revista científica Física da Natureza .

Também poderia haver aplicações tangíveis para esses nanovórtices magnéticos dentro de finas camadas magnéticas - eles já estão sendo discutidos hoje como um meio de informação alternativo no processamento e armazenamento de dados. Os pesquisadores suspeitam que, devido à sua "propriedade skyrmion", tais bits (unidades de informação) podem ser armazenados de forma mais densa e transferidos de forma mais confiável do que atualmente. Os novos insights sobre o comportamento do skyrmion podem contribuir para a realização desses tipos de novos conceitos para processamento de informações.