Ultrapassar os limites de como vemos e manipulamos o comportamento magnético em pequenas estruturas é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias futuras, especialmente na eletrónica que utiliza o spin das partículas – uma propriedade relacionada com a mecânica quântica que afeta o comportamento magnético. A nova pesquisa concentra-se em propriedades magnéticas chamadas alter magnetismo, um tipo de magnetismo recentemente identificado que não se comporta como os ímãs tradicionais. Ao contrário dos ímãs comuns, os ímãs alternados não criam um campo magnético geral, mas ainda assim se comportam de maneira que violam as leis usuais da simetria do tempo. Isto significa que suas propriedades internas mudam se a direção do tempo for invertida. A combinação desses recursos raros permite novas aplicações em eletrônica onde é importante evitar a interferência magnética. Anteriormente, os cientistas só conseguiam detectar esses comportamentos calculando a média dos sinais em grandes áreas. Agora, pela primeira vez, eles foram capazes de ver e influenciar numa escala incrivelmente pequena.
Liderando o esforço, os pesquisadores Dr. Oliver Amin, o professor Peter Whatley e sua equipe da Universidade de Nottingham trabalharam com parceiros em todo o mundo para mostrar como esses padrões magnéticos aparecem no telureto de manganês, um cristal feito de átomos de manganês e telúrio. Suas criações aparecem na natureza. Eles usaram tipos especiais de técnicas de raios X que respondem de maneira diferente às direções magnéticas, chamadas dicroísmo circular magnético e dicroísmo linear magnético. Essas técnicas destacam diferentes comportamentos magnéticos dependendo da polarização da luz. Ao combinar esses métodos com microscópios poderosos, eles criaram mapas coloridos que mostram como as direções magnéticas internas são organizadas. Estas imagens revelaram padrões rodopiantes, limites entre diferentes áreas e áreas suaves que apontavam todas na mesma direção.
Amin e o professor Watley descobriram vários tipos de padrões magnéticos em filmes muito finos de telurito de manganês. Essas formas foram criadas cortando o material em pequenos formatos e ajustando a temperatura enquanto aplicava campos magnéticos. Dentro dos pequenos hexágonos e triângulos, eles formaram padrões giratórios e pares de espirais que ocorrem naturalmente. Esses padrões não apresentam atração magnética externa, demonstrando sua natureza especial e utilidade em dispositivos que precisam evitar interferência magnética.
Um resultado particularmente útil é a capacidade de escolher para que lado apontam as direções internas, resfriando a matéria em um campo magnético leve. Isso nos permitiu criar seções uniformes tão largas quanto um cabelo humano. Num exemplo, uma forma de seis lados foi capaz de mudar de forma dependendo da direção do campo aplicado durante o resfriamento. Se isso puder ser feito, mostra como os materiais magnéticos alternativos podem ser úteis para memória ajustável sob demanda ou dispositivos de computação.
“Determinamos experimentalmente diretamente que o vetor de ordem, que descreve a direção e a natureza da estrutura magnética interna, gira 360 graus no sentido horário em torno da primeira nanotextura espiral”, explicou o Dr. Amin, referindo-se ao campo vetorial observado no telureto de manganês. Em outro exemplo, o professor Whatley observou: “Para formar um par antivórtice no centro do hexágono, o ângulo de torção total do vetor linha deve ser resolvido em 720 graus”. Essas descobertas representam a primeira visualização direcional clara e detalhada de sistemas magnéticos alternados.
Observar e corrigir esses padrões magnéticos especiais pode ser mais importante que a física. A equipe ressalta que esses padrões são estáveis e podem funcionar de forma rápida e eficiente, o que é uma promessa para futuras memórias de computador e sistemas que imitem o funcionamento do cérebro – a chamada computação neuromórfica. Como os eletroímãs podem funcionar com materiais que não conduzem eletricidade, como isolantes ou materiais com fluxo incomum de elétrons, como materiais topológicos, eles podem ser adequados para novos tipos de dispositivos eletrônicos.
Estabelecendo uma base sólida, esta pesquisa abre as portas para novos estudos deste tipo incomum de magnetismo. Também mostra como pode ser útil combinar poderosas ferramentas de imagem com pequenas estruturas fabricadas e campos magnéticos simples. À medida que cresce o interesse na descoberta de novos tipos de comportamentos magnéticos que evitem os problemas dos ímãs tradicionais, este trabalho destaca o que é possível tanto na ciência quanto na tecnologia.
Nota de diário
Amin OJ, Dann A., Golias E., et al. “Imagem em nanoescala e controle de MnT eterno.” Natureza, 2024; 636: 348-353. Dois: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08234-x
Sobre os professores
Dr. Ele é um físico especializado em magnetismo e materiais em nanoescala. Baseado na Universidade de Nottingham, ele se concentra na investigação de estados magnéticos que crescem em cristais e filmes finos. Sua pesquisa combina ferramentas sofisticadas de imagem e técnicas de nanofabricação para estudar a ordem magnética em escalas muito pequenas. Como um dos principais pesquisadores em um estudo recente sobre o magnetismo alternado no telureto de manganês, o Dr. Amin contribuiu para melhorar nossa compreensão dos comportamentos magnéticos que não seguem as regras convencionais. Ele está particularmente interessado em materiais que oferecem novas possibilidades para tecnologias de computação rápidas e eficientes.
Professor Peter Whatley Ele é um dos principais especialistas em materiais magnéticos e spintrônica na Universidade de Nottingham. Seu trabalho centra-se na compreensão de como o magnetismo funciona em materiais que não possuem campos magnéticos tradicionais, mas exibem um comportamento eletrônico útil. Com formação em física da matéria condensada, o professor Wadley foi pioneiro em diversas técnicas para controlar e visualizar o magnetismo em nanoescala. Sua pesquisa visa unir a ciência básica com aplicações do mundo real em eletrônica de próxima geração.
