À medida que o mundo gera mais dados do que nunca, os cientistas procuram formas de armazenar essa informação em formatos mais pequenos e mais eficientes. “À medida que os volumes de dados continuam a crescer, os meios de armazenamento magnético do futuro devem ser capazes de armazenar informação em densidades mais elevadas”, afirma o Professor Jörg Rachtrup, chefe do Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas (ZAQuant) da Universidade de Estugarda, cuja equipa liderou o estudo. “Nossos resultados são, portanto, diretamente relevantes para tecnologias de armazenamento de dados de próxima geração. Ao mesmo tempo, são de fundamental importância, pois fornecem novos insights sobre as interações magnéticas de materiais atomicamente finos.”
Um grupo de pesquisa internacional identificou um estado magnético até então desconhecido em um material feito de quatro camadas atômicas de iodeto de cromo. Ruming Peng, pesquisador de pós-doutorado no 3º Instituto de Física da Universidade de Stuttgart, a equipe conseguiu ajustar o magnetismo ajustando a forma como os elétrons interagem dentro de cada camada. Peng conduziu os experimentos na ZAQuant com o pesquisador doutorando Qing Cho Wang. “Podemos controlar seletivamente essa magnetização ajustando as interações entre os elétrons em níveis individuais”, explica Peng. “Particularmente digno de nota é que as propriedades magnéticas observadas são robustas contra perturbações ambientais.”
Elementos bidimensionais torcidos formam o skymion
O iodeto de cromo pertence a uma categoria conhecida como materiais bidimensionais (2D), que consistem em apenas algumas camadas atômicas dispostas em uma estrutura cristalina. Sabe-se que esses materiais ultrafinos se comportam de maneira muito diferente de suas versões tridimensionais densas.
Neste caso, os pesquisadores giraram levemente duas bicamadas empilhadas de iodeto de cromo uma em relação à outra. Essa pequena torção criou uma configuração magnética totalmente nova. “Em contraste, uma bicamada não modificada não exibe um campo magnético externo líquido, como mostrado em estudos anteriores”, disse Peng. A rotação leva à formação de skyramions, que são estruturas magnéticas em nanoescala topologicamente estáveis e excepcionalmente estáveis. Eles estão entre os menores e mais duráveis portadores de informação conhecidos em sistemas magnéticos. A equipe gerou e observou diretamente skyramions em um material magnético bidimensional dobrado pela primeira vez.
A detecção quântica detecta magnetismo extremamente fraco
Observar este novo estado magnético não foi fácil porque os sinais envolvidos eram extremamente fracos. Para medi-los, os cientistas contaram com um microscópio avançado que utiliza detecção quântica. Este método aproveita os centros de vacância de nitrogênio (NV) no diamante, uma técnica que foi desenvolvida e refinada ao longo de vinte anos no Centro de Tecnologias Quânticas Aplicadas.
As descobertas desafiam a teoria magnética existente
A descoberta faz mais do que sugerir novas possibilidades para armazenamento de dados de alta densidade. 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 completamente o fenômeno observado”, disse Rachtrup.
O projeto reuniu colaboradores do Reino Unido, Japão, EUA 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) 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 de precisão de classe mundial, bem como laboratório de óptica quântica e instalações de sala limpa de última geração.
