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Cientistas do Departamento de Energia dos EUA revelaram que uma variedade extremamente pequena de objetos, anteriormente previstos apenas em teoria e observados em condições experimentais, foi finalmente capturado em 3D. Imagens de raios X.
Conhecido como skyrmions magnéticosesses sólitons estaticamente estáveis – uma classe de quasipartículas cujas características os tornam notoriamente difíceis de descrever – permanecem de particular interesse para os pesquisadores devido às suas aplicações potenciais em campos que incluem a microeletrônica. No futuro, os skyrmions magnéticos poderão eventualmente ajudar a facilitar métodos novos e mais eficientes de armazenamento de grandes quantidades de dados, uma aplicação que poderá ser benéfica à medida que os cientistas continuam a avançar no campo da computação quântica.
O que dificulta tais aplicações é o fato de que, atualmente, nossa compreensão dos skyrmions permanece limitada, e as visualizações detalhadas dessas texturas evasivas semelhantes a partículas têm sido igualmente elusivas, até agora.
Nova pesquisa liderada pelo Departamento de Energia Laboratório Nacional Lawrence Berkeley O pesquisador sênior Peter Fischer empregou novas técnicas de imagem de raios X 3D para produzir as visualizações mais detalhadas de skyrmions já vistas, ajudando a caracterizar essas curiosas quasipartículas e permitindo aos pesquisadores uma capacidade sem precedentes de medir as orientações dos spins que ocorrem dentro delas.
Fischer disse os resultados da equipe oferecem uma base fundamentalmente nova para pesquisadores que estudam metrologia em nanoescala para dispositivos spintrônicos.
O mistério dos Skyrmions magnéticos
David Raftrey, principal autor de um novo estudo que detalha a conquista, compara os skyrmions magnéticos a pequenos bolsões giratórios de magnetismo, onde o giro magnético em direção ao centro desses minúsculos bolsões é orientado para cima. Por outro lado, a força magnética que esses objetos produzem muda na direção descendente, mais para o centro do skyrmion.
Raftrey, atualmente pesquisador estudante da equipe de Fischer no Laboratório Berkely, diz que os skyrmions possuem velocidade e estabilidade notáveis e são topológicos, o que significa que não são facilmente desdobrados. Tais atributos são parte do que torna os skyrmions atraentes para os investigadores, uma vez que são indicadores da sua potencial utilidade no armazenamento e transporte de informação, não muito diferente de como os electrões são actualmente utilizados para tais fins em dispositivos de armazenamento electrónico.
“Confiar na carga do elétron, como é feito hoje, acarreta perdas de energia inevitáveis”, disse Raftrey em um comunicado recente, observando que os spins associados aos skyrmions magnéticos produziriam perdas significativamente menores do que aquelas associadas aos elétrons.
No passado, testar isso tem sido difícil, uma vez que a maioria das pesquisas teve que se basear em conceitos teóricos sobre essas quase-partículas indescritíveis, principalmente com base em descrições 2D delas. No uso prático para aplicações do mundo real, restringir os skyrmions a apenas duas dimensões não funciona: eles devem ser representados como objetos 3D, permitindo aos pesquisadores examinar completamente as características de spin presentes em toda a sua totalidade.
Capturando imagens tomográficas de um Skyrmion
Raftrey diz que outra questão que envolve a dinâmica incomum dos skyrmions é que os redemoinhos magnéticos produzidos pelas suas rotações podem ser muito diferentes de uma porção para outra, e que um dos desafios para a equipa foi encontrar uma forma de demonstrar isto de forma fiável.
A equipe começou pegando uma fina camada magnética combinada com um nanodisco padronizado produzido nas instalações de nanofabricação da Fundição Molecular do Laboratório de Berkeley. Uma vez fabricado, este nanodisco foi transportado para a instalação Swiss Light Source, na Suíça, onde um processo especializado conhecido como laminografia magnética de raios X, produzido usando uma linha de luz de microscopia especial na instalação, permitiu a produção de imagens tomográficas necessárias para produzir uma representação 3D de um campo magnético. céu.
Raftrey disse que as capacidades da instalação lhe permitiram reconstruir uma composição do skryrmion a partir de uma grande combinação de imagens e dados, um processo que levou vários meses, mas que acabou sendo bem-sucedido, oferecendo uma visão sem precedentes de um objeto notoriamente evasivo e suas estruturas de spin.
Raftrey disse que as novas imagens produzidas pelo Laboratório Berkeley e suas “abrem oportunidades para explorar e adaptar dispositivos spintrônicos topológicos 3D”, que, segundo ele, poderiam possuir “funcionalidades aprimoradas que não podem ser alcançadas em duas dimensões”.
Raftrey e a equipe de Berkeley papel“Quantificando a topologia de skyrmions magnéticos em três dimensões”, foi publicado recentemente em Avanços da Ciência.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe seu trabalho em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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