Ultrapassar os limites de como podemos observar e gerenciar o comportamento magnético em estruturas minúsculas é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias futuras, especialmente na eletrônica que usa o spin de partículas, uma propriedade relacionada à mecânica quântica que afeta o comportamento magnético. A nova pesquisa concentra-se em um tipo de magnetismo denominado magnetismo alternado, um tipo de magnetismo recentemente descoberto que se comporta de maneira diferente dos ímãs tradicionais. Ao contrário dos ímanes comuns, os ímanes alternados não produzem um campo magnético global, mas ainda assim se comportam de uma forma que quebra as regras habituais de simetria do tempo. Isto significa que se a direção do tempo for invertida, suas propriedades internas mudarão. Esta rara combinação de funcionalidades permite novos usos em dispositivos eletrônicos, onde é importante evitar interferências magnéticas. Anteriormente, os cientistas só conseguiam detectar esses comportamentos calculando a média dos sinais em grandes áreas. Agora, pela primeira vez, conseguiram observá-los e influenciá-los numa escala incrivelmente pequena.
Liderando o trabalho, os pesquisadores da Universidade de Nottingham, Dr. Oliver Amin, o professor Peter Wadley e sua equipe, trabalhando com parceiros em todo o mundo, mostraram como esses padrões magnéticos aparecem em um material chamado telureto de manganês, um cristal feito de átomos de manganês e telúrio. Seu trabalho aparece na revista Nature. Eles usaram tipos especiais de técnicas de raios X que respondem de maneira diferente à direção magnética, chamadas dicroísmo circular magnético e dicroísmo linear magnético. Essas técnicas destacam diferentes comportamentos magnéticos dependendo da polarização da luz. Ao combinar esses métodos com microscopia poderosa, eles criaram mapas coloridos mostrando como as direções dos campos magnéticos internos estão alinhadas. As imagens revelam padrões rodopiantes, limites entre diferentes áreas e áreas suaves onde tudo aponta na mesma direção.
Os estudos do Dr. Amin e do professor Wadley sobre filmes muito finos de telureto de manganês revelaram muitos tipos de padrões magnéticos. Eles foram capazes de moldar esses padrões cortando o material em pequenos formatos e ajustando a temperatura enquanto aplicavam um campo magnético. Dentro de pequenos hexágonos e triângulos, eles criaram padrões de turbilhão que ocorrem naturalmente e redemoinhos emparelhados. Esses padrões não exibem forças magnéticas externas, demonstrando suas propriedades especiais e utilidade em dispositivos onde a interferência de ímãs deve ser evitada.
Um resultado particularmente útil é a capacidade de escolher a direção que aponta a direção interna, simplesmente resfriando o material em um campo magnético suave. Isso permite que formem áreas lisas e estáveis com a largura de um fio de cabelo humano. Num exemplo, a forma de seis lados é capaz de alterar o seu padrão dependendo da direção do campo utilizado durante o resfriamento. Ser capaz de fazer isso mostra como os materiais magnéticos alternados podem ser úteis para memória ou dispositivos de computação que podem ser ajustados sob demanda.
“Determinamos direta e experimentalmente que os vetores ordenados que descrevem a orientação e as propriedades da estrutura magnética interna giram 360 graus no sentido horário em torno da primeira nanotextura de vórtice”, explicou o Dr. Amin, referindo-se aos campos vetoriais observados no telureto de manganês. Em outro exemplo, o professor Wadley observou: “É então necessário que um par antivórtice se forme no centro do hexágono para resolver o ângulo de enrolamento total do vetor de ordem em 720 graus”. Essas descobertas marcam a primeira visualização direcional clara e detalhada de texturas magnéticas alternadas.
Observar e ajustar esses padrões magnéticos especiais pode ser importante para mais do que apenas a física. A equipe observa que esses padrões são estáveis e podem funcionar de forma rápida e eficiente, tornando-os promissores para uso em futuras memórias de computador e sistemas inspirados na forma como o cérebro funciona (ou seja, computação neuromórfica). Como os ímãs alternados também podem ser usados com materiais que não conduzem eletricidade, como isolantes, ou que possuem fluxos de elétrons incomuns, como materiais topológicos, eles podem ser adequados para novos tipos de dispositivos eletrônicos.
Esta pesquisa estabelece uma base sólida e abre a porta para mais pesquisas sobre este magnetismo incomum. Também demonstra como é útil combinar poderosas ferramentas de imagem com pequenas estruturas fabricadas e campos magnéticos simples. Este trabalho destaca o que é possível na ciência e na tecnologia, à medida que cresce o interesse em encontrar novos comportamentos magnéticos que evitem problemas com os ímãs tradicionais.
Referência do diário
Amin OJ, Dann A., Golias E., et al. “Imagem em nanoescala e controle sempre em MnT.” Natureza, 2024;636:348-353. dois: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08234-x
Sobre o autor
Dr. é um físico especializado em magnetismo e nanomateriais. Ele trabalha na Universidade de Nottingham e se concentra na exploração de estados magnéticos emergentes em cristais e filmes finos. Sua pesquisa combina ferramentas de imagem de ponta e técnicas de nanofabricação para estudar ordenação magnética em escalas extremamente pequenas. Como um dos principais pesquisadores em estudos recentes de magnetismo alternado no telureto de manganês, o Dr. Amin contribuiu para melhorar nossa compreensão do comportamento magnético que não segue as regras tradicionais. Ele está particularmente interessado em materiais que oferecem novas possibilidades para técnicas de computação rápidas e eficientes.
Professor Peter Wadley é um especialista líder em materiais magnéticos e spintrônica na Universidade de Nottingham. Seu trabalho se concentra na compreensão de como o magnetismo funciona em materiais que não possuem campos magnéticos tradicionais, mas ainda apresentam comportamento eletrônico útil. O professor Wadley tem formação em física da matéria condensada e foi pioneiro em uma série de técnicas para controlar e visualizar o magnetismo em nanoescala. Sua pesquisa visa conectar a ciência básica com aplicações práticas em eletrônica de próxima geração.
