Rede antiferromagnética com sentido de rotação
Minúsculas estruturas magnéticas numa camada ultrafina de manganês apresentam uma direção de rotação invulgar - investigadores de Kiel e Hamburgo explicam agora porquê
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Um íman de frigorífico normal é ferromagnético: os pequenos momentos magnéticos dos átomos apontam todos na mesma direção. As forças magnéticas desses ímanes podem, portanto, ser facilmente utilizadas, por exemplo, em bússolas, sensores ou dispositivos de armazenamento de dados.
No entanto, também existem materiais em que os momentos magnéticos dos átomos vizinhos estão alinhados em direcções opostas. São os chamados antiferromagnéticos. Estes materiais não formam um campo magnético mensurável no exterior e foram durante muito tempo considerados difíceis de utilizar. O físico francês Louis Néel foi galardoado com o Prémio Nobel da Física em 1970 por esta descoberta.
Atualmente, esta classe de materiais é considerada promissora. Os antiferromagnetos poderão desempenhar um papel central na magnetoelectrónica, um campo de investigação que utiliza correntes eléctricas para manipular e ler estados magnéticos. Ao mesmo tempo, as redes magnéticas complexas oferecem possibilidades completamente novas para computadores novos e não convencionais. Reagem de forma particularmente forte às correntes eléctricas e podem formar estruturas magnéticas tridimensionais em que os momentos atómicos apontam em diferentes direcções espaciais.
Os investigadores da Universidade de Kiel (CAU) e da Universidade de Hamburgo mostraram agora na revista Nature Communications como se forma uma rede antiferromagnética complexa numa camada ultrafina de manganês. Nas intersecções das paredes do domínio, os momentos magnéticos atómicos orientam-se numa direção espacial de rotação definida. O estudo fornece assim uma visão direta das estruturas internas dos antiferromagnetos e abre perspectivas para novos componentes magnéticos.
As esferas azuis escuras (azuis claras) representam os átomos de manganésio da camada superior (inferior) da película. As setas indicam a orientação dos "ímanes atómicos em barra" dos átomos de manganês. O plano dos átomos nas camadas superior e inferior é representado por áreas cinzentas transparentes. A orientação dos "ímanes atómicos em barra" ao longo dos eixos de um tetraedro é mostrada pelos tetraedros cinzentos. A magnetização orbital topológica (TOM) nas camadas superior e inferior está alinhada paralelamente uma à outra (ver setas pequenas)
© Mara Gutzeit, Uni Kiel
Um olhar para o interior da rede de nanomagnetos
A equipa de investigação investigou um sistema modelo constituído por apenas duas camadas de átomos de manganês depositados num cristal de irídio. Utilizando a microscopia de tunelamento de varrimento polarizada por spin, foi possível visualizar o alinhamento magnético dos átomos até à escala atómica.
A líder do projeto, a Dra. Kirsten von Bergmann, da Universidade de Hamburgo, explica: "Nas imagens de microscopia de varrimento por tunelamento apareceu uma complexa rede magnética de paredes de domínio entre áreas ordenadas antiferromagneticamente. Pudemos ver que foi gerada pelas bolhas de árgon implantadas. Nos pontos de intersecção de três paredes de domínio, encontrámos, por um lado, uma mão na estrutura e, por outro lado, descobrimos que os "ímanes atómicos em barra" apontam nas direcções dos cantos de um tetraedro, ou seja, têm um ângulo de aproximadamente 109,47° entre si".
Através de cálculos complexos de mecânica quântica, para os quais foram utilizados supercomputadores do Centro Nacional de Supercomputação (NHR), a equipa de Kiel mostrou que a camada superior das camadas de manganês se desloca ligeiramente para o lado devido a forças de troca magnética. "A tensão acumula-se nos pontos de encontro de zonas com diferentes orientações magnéticas. Isto pode explicar o sentido de rotação estrutural preferencial observado nas intersecções", afirma o Professor Stefan Heinze da Universidade de Kiel. Os investigadores de Kiel também esclareceram como é formada uma estrutura magnética tridimensional nestes pontos e como as duas camadas de manganês estão acopladas uma à outra.
A ramificação das paredes do domínio não ocorre aleatoriamente nas bolhas de árgon. A tensão local no material favorece um certo tipo de movimento de cisalhamento magneticamente induzido da película. Os cálculos mostram também que a ordem magnética tridimensional nestas intersecções tem propriedades especiais, ditas topológicas. O estudo fornece assim provas fundamentais de que a estreita ligação entre estrutura e magnetismo pode ser utilizada de forma direcionada para criar redes antiferromagnéticas complexas.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Alemão pode ser encontrado aqui.
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