Com o mundo a gerar mais dados do que nunca, os cientistas procuram formas de armazenar esta informação 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 confiável em densidades mais elevadas”, disse o professor Jörg Wrachtrup, chefe do Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas (ZAQuant) da Universidade de Stuttgart, cuja equipe liderou a pesquisa. “Nossos resultados são, portanto, diretamente relevantes para tecnologias de armazenamento de dados de próxima geração. Ao mesmo tempo, eles também são de importância fundamental porque fornecem novos insights sobre interações magnéticas em materiais atomicamente finos.”
Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu um estado magnético até então desconhecido em um material composto por quatro camadas atômicas de iodeto de cromo. Peng Ruoming, pesquisador de pós-doutorado no Terceiro Instituto de Física da Universidade de Stuttgart, disse que a equipe foi capaz de ajustar o magnetismo ajustando a forma como os elétrons interagem dentro de cada camada. Peng conduziu os experimentos na ZAQuant com o pesquisador doutorando King Cho Wong. “Podemos controlar seletivamente esse magnetismo ajustando as interações entre os elétrons em cada camada”, explica Peng. “Digno de nota é a forte resistência das propriedades magnéticas observadas às perturbações ambientais.”
Materiais 2D torcidos criam skyrmions
O iodeto de cromo é um material bidimensional (2D) que consiste em apenas algumas camadas atômicas dispostas em uma estrutura cristalina. Sabe-se que estes materiais ultrafinos se comportam de forma muito diferente dos seus homólogos tridimensionais mais espessos.
Neste caso, os pesquisadores giraram ligeiramente duas bicamadas empilhadas de iodeto de cromo uma em relação à outra. Esta pequena torção cria uma estrutura magnética completamente nova. “Em contraste, a bicamada não torcida não exibe nenhum campo magnético externo líquido, como mostrado em estudos anteriores”, disse 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 materiais magnéticos bidimensionais torcidos pela primeira vez.
A detecção quântica detecta magnetismo extremamente fraco
Observar este novo estado magnético não é simples porque os sinais envolvidos são extremamente fracos. Para medi-los, os cientistas contam com microscópios avançados que utilizam detecção quântica. Este método aproveita os centros de vacância de nitrogênio (NV) em diamantes, uma tecnologia desenvolvida e aperfeiçoada pelo Center for Applied Quantum Technologies ao longo de duas décadas.
As descobertas desafiam as teorias existentes do magnetismo
Esta descoberta não oferece apenas 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 melhorados para capturar completamente os fenômenos observados”, disse Wrachtrup.
Além da Universidade de Stuttgart, o projeto reúne colaboradores do Reino Unido, Japão, EUA e Canadá. 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 em tecnologias quânticas de estado sólido com aplicações que vão desde detecção quântica em nanoescala até redes quânticas. A infraestrutura do instituto é uma combinação única no mundo de laboratórios de precisão e óptica quântica e instalações de sala limpa de última geração.
