Skyrmions são vórtices em nanoescala no alinhamento magnético dos átomos. Pela primeira vez, Os pesquisadores do PSI criaram agora skyrmions antiferromagnéticos nos quais os giros críticos são organizados em direções opostas. Este estado é mostrado na impressão do artista acima. Crédito:Instituto Paul Scherrer / Diego Rosales
Os vórtices em nanoescala conhecidos como skyrmions podem ser criados em muitos materiais magnéticos. Pela primeira vez, pesquisadores do PSI conseguiram criar e identificar skyrmions antiferromagnéticos com uma propriedade única:os elementos críticos dentro deles são dispostos em direções opostas. Os cientistas conseguiram visualizar esse fenômeno usando espalhamento de nêutrons. A descoberta deles é um passo importante para o desenvolvimento de novos aplicativos em potencial, como computadores mais eficientes. Os resultados da pesquisa são publicados hoje na revista. Natureza .
Se um material é magnético depende dos spins de seus átomos. A melhor maneira de pensar em spins é como imãs de barras minúsculas. Em uma estrutura cristalina onde os átomos têm posições fixas em uma rede, esses giros podem ser dispostos em cruz ou alinhados todos em paralelo como as lanças de uma legião romana, dependendo do material individual e de seu estado.
Sob certas condições, é possível gerar pequenos vórtices dentro do corpo de spins. São conhecidos como skyrmions. Os cientistas estão particularmente interessados em skyrmions como um componente-chave em tecnologias futuras, como armazenamento e transferência de dados mais eficientes. Por exemplo, eles podem ser usados como bits de memória:um skyrmion pode representar o digital, e sua ausência um zero digital. Como os skyrmions são significativamente menores do que os bits usados na mídia de armazenamento convencional, a densidade de dados é muito maior e potencialmente mais eficiente em termos de energia, enquanto as operações de leitura e gravação também seriam mais rápidas. Skyrmions poderia, portanto, ser útil tanto no processamento clássico de dados quanto na computação quântica de ponta.
Outro aspecto interessante para a aplicação é que skyrmions podem ser criados e controlados em muitos materiais pela aplicação de uma corrente elétrica. "Com os skyrmions existentes, Contudo, é complicado movê-los sistematicamente de A para B, pois tendem a se desviar de um caminho reto devido às suas propriedades inerentes, "explica Oksana Zaharko, líder do grupo de pesquisa no PSI.
Trabalhando com pesquisadores de outras instituições, A Dra. Zaharko e sua equipe criaram agora um novo tipo de skyrmion e demonstraram uma característica única:em seu interior, os spins críticos são organizados em direções opostas entre si. Os pesquisadores, portanto, descrevem seus skyrmions como antiferromagnéticos.
Oksana Zaharko dirige o grupo de pesquisa de Estruturas Sólidas do Instituto Paul Scherrer. Ela e sua equipe identificaram experimentalmente skyrmions antiferromagnéticos pela primeira vez. Crédito:Instituto Paul Scherrer / Markus Fischer
Em linha reta de A a B
"Uma das principais vantagens dos skyrmions antiferromagnéticos é que eles são muito mais simples de controlar:se uma corrente elétrica for aplicada, eles se movem em uma linha reta simples, "Zaharko comenta. Esta é uma grande vantagem:para que os skyrmions sejam adequados para aplicações práticas, deve ser possível manipulá-los e posicioná-los seletivamente.
Os cientistas criaram seu novo tipo de skyrmion fabricando-os em um cristal antiferromagnético personalizado. Zaharko explica:"Antiferromagnético significa que os spins adjacentes estão em um arranjo antiparalelo, em outras palavras, um apontando para cima e o próximo apontando para baixo. Portanto, o que foi inicialmente observado como uma propriedade do material, posteriormente identificamos também nos skyrmions individuais. "
Várias etapas ainda são necessárias antes que os skyrmions antiferromagnéticos estejam maduros o suficiente para uma aplicação tecnológica:os pesquisadores PSI tiveram que resfriar o cristal até cerca de 272 graus Celsius negativos e aplicar um campo magnético extremamente forte de três tesla - cerca de 100, 000 vezes a força do campo magnético da Terra.
Dispersão de nêutrons para visualizar os skyrmions
E os pesquisadores ainda não criaram skyrmions antiferromagnéticos individuais. Para verificar os pequenos vórtices, os cientistas estão usando a Fonte de Nêutrons de Espalação Suíça SINQ no PSI. "Aqui podemos visualizar skyrmions usando espalhamento de nêutrons se tivermos muitos deles em um padrão regular em um determinado material, "Zaharko explica.
Mas o cientista está otimista:"Na minha experiência, se conseguirmos criar skyrmions em um alinhamento regular, alguém logo conseguirá criar tais skyrmions individualmente. "
O consenso geral na comunidade de pesquisa é que, uma vez que skyrmions antiferromagnéticos individuais podem ser criados em temperatura ambiente, uma aplicação prática não estará longe.
