Pequenas estruturas de vórtice magnético, os chamados skyrmions, têm sido pesquisados ​​intensamente há algum tempo para futuros dispositivos de armazenamento de dados com economia de espaço e eficiência energética. Cientistas da Forschungszentrum Jülich descobriram agora outra classe de objeto magnético semelhante a uma partícula que pode levar o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de dados um passo significativo à frente. As partículas magnéticas recém-descobertas tornam possível codificar dados digitais diretamente com dois tipos diferentes de objetos magnéticos, ou seja, com skyrmions e bobbers magnéticos - se skyrmions são usados ​​para codificar o número um, então, as novas estruturas poderiam ser usadas para codificar o número zero.

Esses objetos, que são referidos como "bobbers magnéticos quirais, "são estruturas magnéticas tridimensionais que aparecem perto das superfícies de certas ligas.

"Por muito tempo, o único objeto de pesquisa no campo dos ímãs quirais era o skyrmion magnético. Nós agora fornecemos um novo objeto para investigação por pesquisadores - uma bobber quiral - que é caracterizada por uma série de propriedades únicas, "diz o Dr. Nikolai Kiselev do Instituto Peter Grünberg de Jülich (PGI-1). Há três anos, juntamente com o Diretor do instituto, Prof. Stefan Blügel e demais colaboradores, eles previram a existência desta nova classe de estruturas magnéticas teoricamente. Agora, pesquisadores do Ernst Ruska-Center for Microscopy and Spectroscopy with Electrons (Diretor Prof. Rafal E. Dunin-Borkowski e seus colegas) demonstraram a existência de bobbers quirais em um material real experimentalmente.

A estabilidade de estruturas magnéticas, como skyrmions, está relacionada a uma propriedade do material conhecida como quiralidade. Assim como uma mão direita não pode ser convertida em esquerda por razões de simetria, Estruturas magnéticas destras e canhotas não podem ser convertidas uma na outra. Além disso, ambos os skyrmions e os bobbers quirais recém-descobertos são muito pequenos, com diâmetros típicos de apenas algumas dezenas de nanômetros. Portanto, eles podem, em princípio, ser usados ​​para empacotar dados muito densamente em um chip de memória. Contudo, seu pequeno tamanho torna sua observação altamente desafiadora. "A visualização da textura magnética em uma escala tão pequena requer técnicas especiais de ponta que estão acessíveis em apenas alguns laboratórios em todo o mundo, "explica Rafal Dunin-Borkowski.

Há outra razão importante pela qual os solitons magnéticos (outro nome para objetos parecidos com partículas na física não linear), como skyrmions e bobbers quirais, são tão promissores para aplicações. Em contraste com os bits de dados em unidades de disco rígido, skyrmions são objetos móveis. Seu movimento ao longo de uma trilha guia em um chip pode ser induzido por um pulso muito fraco de corrente elétrica. Esta propriedade oferece novas oportunidades para o desenvolvimento de um conceito completamente novo de memória magnética de estado sólido - a chamada memória skyrmion racetrack. "A mobilidade dos skyrmions permite que os dados se movam dos elementos de gravação para leitura sem a necessidade de quaisquer peças mecânicas móveis, como cabeçotes de leitura e gravação e o próprio disco rígido giratório, "explica Nikolai Kiselev. Esse recurso economiza energia porque os componentes que se movem geralmente requerem mais energia, ocupam mais espaço e tendem a ser sensíveis a vibrações mecânicas e choques. Uma nova memória magnética de estado sólido estaria livre de tais desvantagens.

"Até agora, foi assumido que os dados digitais deveriam ser representados de alguma forma como uma sequência de skyrmions e espaços vazios, "diz Stefan Blügel. A distância entre skyrmions sucessivos codifica as informações binárias. No entanto, deve então ser controlado ou quantizado, de modo que nenhuma informação é perdida devido à deriva espontânea dos skyrmions. Em vez de, as partículas magnéticas tridimensionais recém-descobertas oferecem oportunidades para codificar dados digitais diretamente como uma sequência de skyrmions e bobbers magnéticos, cada um pode fluir livremente sem a necessidade de manter distâncias precisas entre os portadores de bits de dados sucessivos.

Mais pesquisas são necessárias para desenvolver aplicações práticas. Na liga de ferro-germânio estudada por Nikolai Kiselev e seus colegas, as estruturas são estáveis ​​apenas até 200 Kelvin, o que corresponde a -73,5 graus Celsius. Contudo, com base em considerações teóricas, prevê-se que bobbers magnéticos também podem ocorrer em outros ímãs quirais e, como algumas espécies recentemente descobertas de skyrmions, também pode existir à temperatura ambiente.