Pesquisadores da Universidade de Augsburg e da Universidade de Viena descobriram skyrmions e antiskyrmions magnéticos coexistentes de carga topológica arbitrária à temperatura ambiente em filmes finos multicamadas magnéticos de Co / Ni. Suas descobertas foram publicadas na Nature Physics e abrir a possibilidade para um novo paradigma na pesquisa skyrmiônica.



A descoberta de novos objetos de spin com carga topológica arbitrária promete contribuir para avanços na pesquisa fundamental e aplicada, particularmente através da sua aplicação em dispositivos de armazenamento de informação.

Skyrmions magnéticos são texturas de spin magnético topológico estáveis ​​e localizadas que se assemelham a um turbilhão semelhante a um tornado em um material magnético. Eles podem ser muito pequenos, com diâmetros na faixa nanométrica, e comportar-se como partículas que podem ser movidas, criadas e aniquiladas, o que os torna adequados para aplicações do tipo 'ábaco' em armazenamento de informações e dispositivos lógicos.

Em seu artigo na Nature Physics , intitulado "Skyrmions dipolares e antiskyrmions de carga topológica arbitrária em temperatura ambiente", um grupo de pesquisadores da Universidade de Augsburg liderado pelo Prof. Manfred Albrecht demonstra que esses objetos de spin só podem ser encontrados em um bolsão de fase distinto no diagrama de estabilidade onde o fator de qualidade Q tem um valor de cerca de 1, que é dado pela razão entre a anisotropia magnética uniaxial e a anisotropia da forma magnética.

Graças a extensas simulações realizadas por Sabri Koraltan e colegas do grupo de simulação da Universidade de Viena, liderado pelo Prof. Dieter Suess, e apoiado pelo Dr. Nikolai Kiselev do Forschungszentrum Jülich, os pesquisadores também conseguiram identificar as razões exatas pelas quais o spin objetos podem ser encontrados no diagrama de estabilidade, seu processo de formação subjacente, bem como as propriedades materiais necessárias que agora também podem ser aplicadas a outros sistemas materiais.

"Estamos muito entusiasmados com os conhecimentos emocionantes obtidos pela descoberta destes objetos de spin, que podem ser facilmente fabricados à temperatura ambiente. Este é um avanço científico notável no campo dos skyrmions e dos objetos de spin topológicos," diz Albrecht. Essas texturas de spin skyrmiônicas em nanoescala fornecem graus extras de liberdade e podem ser incorporadas em dispositivos de película fina, permitindo diferentes aplicações, desde computação não convencional até novos conceitos de armazenamento.

Um outro aspecto muito essencial dos objetos de spin é que uma corrente polarizada por spin induz seu movimento. Quando uma corrente de carga passa através de um material magnético condutor, o spin do elétron polarizado exercerá um torque na magnetização conhecido como torque de transferência de spin. Este torque pode colocar em movimento os skyrmions de ordem superior.

"Usando simulações micromagnéticas, pudemos demonstrar o controle eficiente do movimento desses extraordinários objetos de rotação, o que abre novas oportunidades para dispositivos skyrmiônicos", diz Koraltan, doutorando do grupo computacional da Universidade de Viena.

A microscopia eletrônica de transmissão de Lorentz na Universidade de Augsburg foi usada extensivamente no estudo, que está atualmente sendo expandido para visualizar o movimento induzido por corrente desses objetos de rotação de carga múltipla.

“Até que ponto as nossas previsões sobre as suas características de movimento podem ser confirmadas experimentalmente será muito interessante para investigação num futuro próximo”, diz Mariam Hassan, investigadora de pós-doutoramento na Universidade de Augsburg.

Mais informações: Mariam Hassan et al, Skyrmions dipolares e antiskyrmions de carga topológica arbitrária à temperatura ambiente, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-023-02358-z
Informações do diário: Física da Natureza

Fornecido pela Universidade de Augsburg