Ímã 2D torcido cria skyrmions para armazenamento de dados ultradenso
À medida que o mundo gera mais dados do que nunca, os cientistas procuram formas de armazenar essas informações em formatos mais pequenos e mais eficientes. “À medida que os volumes de dados continuam a crescer, os futuros meios de armazenamento magnético devem ser capazes de armazenar informações de forma fiável em densidades cada vez mais elevadas”, afirma o professor Jörg Wrachtrup, chefe do Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas (ZAQuant) da Universidade de Estugarda, cuja equipa liderou o estudo. “Nossos resultados são, portanto, diretamente relevantes para tecnologias de armazenamento de dados de próxima geração. Ao mesmo tempo, são de fundamental importância, pois fornecem novos insights sobre interações magnéticas em materiais atomicamente finos.”
O grupo de pesquisa internacional identificou um estado magnético até então desconhecido em um material feito de quatro camadas atômicas de iodeto de cromo. Ruoming Peng, pesquisador de pós-doutorado no 3º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart, a equipe conseguiu ajustar o magnetismo ajustando a forma como os elétrons interagem dentro de cada camada. Peng conduziu os experimentos na ZAQuant ao lado do pesquisador doutorando King Cho Wong. “Podemos controlar seletivamente esse magnetismo ajustando as interações entre os elétrons nas camadas individuais”, explica Peng. “O que é particularmente notável é que as propriedades magnéticas observadas são robustas contra perturbações ambientais.”
Materiais bidimensionais torcidos criam Skyrmions
O iodeto de cromo pertence a uma categoria conhecida como materiais bidimensionais (2D), que consistem em apenas algumas camadas atômicas dispostas em uma estrutura cristalina. Sabe-se que esses materiais ultrafinos se comportam de maneira muito diferente de suas versões tridimensionais mais espessas.
Neste caso, os pesquisadores giraram levemente duas bicamadas empilhadas de iodeto de cromo uma em relação à outra. Essa pequena torção produziu uma configuração magnética inteiramente nova. “Em contraste, uma bicamada não torcida não exibe um campo magnético externo líquido, como mostrado em estudos anteriores”, diz Peng. A rotação leva à formação de skyrmions, que são estruturas magnéticas em nanoescala, topologicamente protegidas e excepcionalmente estáveis. Eles estão entre os menores e mais duráveis portadores de informação conhecidos em sistemas magnéticos. A equipe gerou e observou diretamente skyrmions em um material magnético bidimensional torcido pela primeira vez.
Sensor quântico detecta magnetismo extremamente fraco
Observar este novo estado magnético não foi simples porque os sinais envolvidos são extremamente fracos. Para medi-los, os cientistas contaram com um microscópio avançado que utiliza detecção quântica. Esta abordagem aproveita os centros de vacância de nitrogênio (NV) no diamante, uma técnica que foi desenvolvida e refinada no Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas há mais de vinte anos.
As descobertas desafiam a teoria magnética existente
A descoberta faz mais do que sugerir novas possibilidades para armazenamento de dados de alta densidade. Também aprofunda a compreensão científica de como os elétrons se comportam coletivamente em sistemas magnéticos atomicamente finos. “Nossos resultados experimentais indicam que os modelos teóricos existentes precisam ser refinados para capturar completamente os fenômenos observados”, diz Wrachtrup.
O projeto reuniu colaboradores do Reino Unido, Japão, Estados Unidos e Canadá, além da Universidade de Stuttgart. Pesquisadores da Universidade de Edimburgo lideraram a modelagem teórica e as simulações numéricas.
Sobre o Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas
A pesquisa e o ensino no Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas (ZAQuant) concentram-se na tecnologia quântica de estado sólido, com aplicações que vão desde detecção quântica em nanoescala até redes quânticas. A infraestrutura do instituto é uma combinação única em todo o mundo de precisão, bem como laboratórios de óptica quântica e instalações de salas limpas de última geração.
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