O imã torcida em duas dimensões gera skyrmions para armazenamento de dados ultradenso
À medida que o mundo gera mais dados do que nunca, os cientistas estão buscando maneiras de armazenar essas informações em formatos menores 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 confiável em densidades cada vez…
À medida que o mundo gera mais dados do que nunca, os cientistas estão buscando maneiras de armazenar essas informações em formatos menores 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 confiável em densidades cada vez mais altas,” diz o Professor Jörg Wrachtrup, Chefe do Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas (ZAQuant) da Universidade de Stuttgart, cuja equipe liderou o estudo. “Nossos resultados são, portanto, diretamente relevantes para as 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 anteriormente desconhecido em um material composto por quatro camadas atômicas de ióxido de cromo. De acordo com o Dr. Ruoming Peng, pesquisador pós-doutoral do 3º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart, a equipe conseguiu ajustar o magnetismo ao modificar como os elétrons interagem dentro de cada camada. Peng conduziu os experimentos no ZAQuant ao lado do pesquisador de doutorado 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 ióxido de cromo pertence a uma categoria conhecida como materiais bidimensionais (2D), que consistem em apenas algumas camadas atômicas dispostas em uma estrutura cristalina. Esses materiais ultrafinos possuem comportamentos muito diferentes de suas versões três-dimensionais mais espessas.
Neste caso, os pesquisadores ligeiramente rotacionaram duas bilayers empilhadas de ióxido de cromo em relação uma à outra. Essa pequena torção produziu uma configuração magnética completamente nova. “Em contraste, uma bilayer não torcida não exibe um campo magnético externo líquido, como demonstrado em estudos anteriores,” diz Peng. A rotação leva à formação de skyrmions, que são estruturas magnéticas em nanoscala, topologicamente protegidas e excepcionalmente estáveis. Eles estão entre os menores e mais duráveis portadores de informação conhecidos em sistemas magnéticos. A equipe gerou com sucesso e observou diretamente skyrmions em um material magnético bidimensional torcido pela primeira vez.
Detecção Quântica de Magnetismo Extremamente Fraco
Observar esse novo estado magnético não foi simples, pois os sinais envolvidos são extremamente fracos. Para medi-los, os cientistas confiaram em um microscópio avançado que utiliza detecção quântica. Essa abordagem tira proveito dos centros de nitrogênio-vacância (NV) em diamante, uma técnica que foi desenvolvida e refinada no Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas por mais de vinte anos.
Resultados Desafiam a Teoria Magnética Existente
A descoberta não apenas sugere novas possibilidades para armazenamento de dados em alta densidade. Ela 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 totalmente os fenômenos observados,” diz Wrachtrup.
O projeto trouxe 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) focam em tecnologia quântica de estado sólido, com aplicações que vão desde detecção quântica em nanoscala até redes quânticas. A infraestrutura do instituto é uma combinação única no mundo de laboratórios de óptica quântica e instalações de sala limpa de última geração.
