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Vórtices magnéticos foram finalmente registrados

Os chamados skyrmions podem armazenar informações de forma estável

Grupo R. Wiesendanger/Universidade de Hamburgo
Vórtices torcidos na magnetização de uma superfície de metal — criados ou apagados com a ponta de um microscópio de varredura por tunelamento (STM) — poderiam constituir uma nova forma para gravar dados.
Por Ron Cowen e revista Nature

Fazer nós em um pedaço de corda é uma forma antiga de se lembrar de coisas ou afazeres. Agora, físicos conseguiram amarrar e desamarrar vórtices magnéticos microscópicos que podem resultar em uma memória de computador mais eficiente.

Esses vórtices torcidos (redemoinhos), conhecidos como skyrmions, são agrupamentos de átomos em que cada átomo age como uma barra magnética devido a uma propriedade quântica de seus elétrons, chamados spins. Um campo magnético externo normalmente tenderia a alinhar todos os átomos de uma barra magnética na mesma direção; mas no caso de um skyrmion a magnetização desses átomos está disposta em forma de um vórtice torcido.

Um skyrmion resiste a ser “desenrolado”, ou desfeito, porque, embora perturbações magnéticas possam alterar a disposição dos spins atômicos, elas não desfazem a torção.

Essa propriedade, chamada de estabilidade topológica, é compartilhada por objetos geométricos, como a fita de Möbius, uma forma que pode ser obtida juntando-se as duas extremidades de uma fita com uma meia torção no meio. Essa meia torção é “estável”, porque pode ser movida para lá e para cá, mas não pode ser desfeita – exceto se a fita for cortada, desenrolada e colada novamente

A estabilidade topológica é atraente para os cientistas que procuram aprimorar os meios para transportar informações, diz Kristen von Bergmann, uma física da Universidade de Hamburgo, na Alemanha.

Os meios de armazenamento magnético convencionais, como a superfície de um disco rígido, contêm informações em forma de bits digitais, valores assinalados por “0”ou “1”que são representados pela magnetização dos átomos, por exemplo, com seu polo magnético Norte apontando para cima ou para baixo.

Mas quando eles são muito densamente carregados ou superaquecidos, essas magnetizações se tornam facilmente instáveis e ficam embaralhadas.

Um skyrmion oferece a possibilidade de armazenar informações de forma estável para que possam ser lidas novamente como um “0” ou um “1”, dependendo de se o nó magnético existe ou não. Para que isso funcione, porém, os cientistas precisam poder criar ou apagar skyrmions magnéticos conforme necessário. 

Embora a existência de skyrmions já tivesse sido prevista na década de 1960 (pelo físico britânico Tony Skyrme) e desde então tenha sido demonstrada em materiais magnéticos, os pesquisadores não foram capazes de criar e apagá-los à vontade em um material magnético, até agora.

 Corrente polarizada

Escrevendo na revista Science, von Bergmann e seus colaboradores descrevem como criaram skyrmions em um fino filme magnético de paládio e ferro em um cristal de irídio.

Eles começaram com uma amostra em que todos os átomos dos ímãs em barra estavam alinhados.

Em seguida, a equipe usou a ponta de um microscópio de varredura por tunelamento (STM, na sigla em inglês) para aplicar uma pequena corrente de elétrons que tinham seus spins alinhados, ou polarizados, de um modo particular.

A corrente polarizada interagiu com os átomos dos ímãs em barra para torcê-los em configurações de skyrmions semelhantes a nós; cada um de apenas alguns nanômetros, ou cerca de 300 átomos de diâmetro, explica von Bergmann. Os cientistas também conseguiram usar a corrente polarizada para eliminar o nó, apagando o skyrmion.

Teoricamente, um dispositivo skyrmiônico poderia armazenar 20 vezes mais dados por unidade de superfície que os atuais discos rígidos, diz von Bergmann, mas adverte que a tecnologia ainda está muito longe de aplicações práticas.

A equipe conseguiu criar e apagar um total de quatro skyrmions de cada vez (assista ao vídeo no link ), mas a técnica só funcionou em cerca de 60% das tentativas, “o que é muito pouco para a tecnologia de dados”, observa von Bergmann.

Além disso, os pesquisadores só conseguiram controlar os skyrmions a 4,2 graus Kelvin, a temperatura do hélio líquido, o que não é uma temperatura de funcionamento prático para dispositivos eletrônicos.

Ainda assim, essa foi a primeira vez que cientistas criaram e apagaram skyrmions magnéticos individuais, diz Stefan Blügel, um físico de estados sólidos do Centro de Pesquisas Jülich, na Alemanha, acrescentando: “Com esse experimento poderemos criar skyrmions onde e quando os quisermos o que significa que poderemos imprimir um 1 ou um 0 de forma controlada”.

O mecanismo exato com que a corrente de spins torce e destorce o skyrmion continua um mistério, diz von Bergmann. Decifrá-lo exigirá novos experimentos e mais modelos teóricos.

Este artigo é reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado pela primeira vez em 8 de agosto de 2013.